Cameron Murray 博士
3M Corporation’s Electronic Markets Materials Division

为了确保未来10年供应链的领先地位，国际电子制造协会（iNEMI）每隔两年都会发布一次全球电子业界的未来制造需求的发展路线图。路线图共包括7个产品类别的19项技术和基础课题，其中的一个就是热管理。本文将重点阐述目前iNEMI路线图中的热管理部分，概述今天所用的各种热控制技术和所面临的挑战，以及它们应如何满足未来的发展需要等。本文也讨论了一些主要应用领域的热管理需求和未来10年的技术需求的变化情况。

热管理综述

在电子产品中，热问题之所以引起关注主要有三个原因：总体功耗增加、热流量增加，和芯片上存在非均匀发热情况（热点）。

芯片或元器件的功耗增加需要大大加强冷却，以保证芯片或元器件处于可接受的温度水平，这一点适用于所有产品。散热器的尺寸增加是有限的，因为产品总体尺寸的发展趋势是越来越小；冷却空气的流量也不会很大，因为留给风扇的空间有限；另外，业界有关噪音和电磁兼容（EMC）的标准也越来越严。这些因素的综合作用推动我们必须进行重大技术突破，寻找到新兴替代的冷却解决方案。

还有，芯片热流量的不断增加也导致热阻抗方面的挑战，随着热流量的增加，从硅片到封装表面的热阻也会同步增加，就更寄希望于散热器（或其它的二级解决方案，如液体系统的冷板或制冷系统的蒸发器）。非均匀功耗硅片的散热需求将变得非常困难，除非采用更多的外部热散布技术或新型的冷却解决方案。

使用了几十年的传统散热技术，已经发展接近其性能极限。新的技术和材料，包括微/宏热管、液体冷却及热电子冷却器等。在实际应用中，热扩散器和界面将不得不需要进一步发展。热管理技术将必须解决以下问题：

- 在较小的空气压差和不断减少的空间条件下，将高热流量

- 芯片/模块所产生的热带走

- 将热从相对较小的面积扩散到大面积散热器或传导平板上

- 高速、低压电路的EMI要求条件下的散热

- 增加空气流速条件下的噪音管理

- 仿真和试验的复杂工具

- 开发新的界面材料，以改善尺寸日益变小条件下芯片的热

传导效果

成本考虑

需要平衡考虑成本和性能。好的冷却解决方案就是用最低的成本实现散热目的。尤其是对于成本敏感的产品，如台式PC，它通常要求进行空气冷却，用强制空气作用在散热器上，以提高散热性能。笔记本电脑通常采用热管和风扇组合的散热片实现冷却，由于其冷却效果有限，只适合于低功耗CPU应用。计算机服务器使用高性能的散热器和冗余风扇来突破空气冷却的应用限制。液体冷却的效率也较高，但由于其成本较高而未得到广泛应用。目前，有一些高端的医疗电子部件使用液体冷却。

每瓦功耗冷却所需的成本随着功耗的增加而增加。通常，一些计算机的冷却成本不到产品成本的1%。在一些大型服务器上，冷却成本会占到成本的3～5%。但是今天，随着整个封装尺寸和系统单元功能成本的不断降低，使热管理技术的成本越来越高了。

热控制技术

下面将简要概述目前正在使用的热控制技术，同时阐述它们遇到的挑战，以及满足未来需求的发展方向。

热扩散器 热扩散器的作用是将热从集中的芯片热源扩散到更大的表面积上，从而被外部冷却媒介带走，这通常是由模块壳盖或散热器来实现。为了适应更高的热流量，可以使用更高热导率的材料（如金刚石或石墨合成物）以改善热扩散器。蒸发室已经作为热扩散器使用，未来会有广阔的前景。同样地，两相热虹吸器、微热管和MEMS液体循环泵的应用也会在将来逐渐增加。

热界面材料 热界面材料的作用是为相邻表面（如芯片和壳盖、芯片和热扩散器）提供热传导路径。目前使用的材料有：

- 含高热导率粉末的环氧型材料

- 含高热导率填充材料的弹性垫

- 含高热导率填充材料的导热油脂

- 焊料和低熔点合金

- 含高热导率填充材料的蜡基相变化合物

业界需要建立可靠和标准化的方法以评估热界面材料性能，并区分材料的体积热导率和界面热阻（可能由于材料沿着表面的情况不同而存在）。然而，即使有标准化的方法，也很难将材料的体积热导率（在受控表面用某种仪器测得）转换成材料的有效热特性，因为材料的实际特性取决于所对应表面的特性，而通常所对应表面各异。在使用条件下，应该参数化表述正常的工艺变异，以了解认识影响界面材料热 性能的相关参数。

热管

热管（如图1所示）为高功能芯片的散热提供了一个较低的热阻通道。在大多数情况下，热管可以将热从元器件传导到一个可以安置所需尺寸散热器或系统内，空气没有被其它部件预热。随着功率耗散增加，热管应用的优势就越明显。

蒸发室是热管的另一种形式，它已经逐渐应用在产品中，从而实现扩散热或降低从CPU到远端热交换部件之间的热流量的目的。

 

 

 

 

 

 

 

空气冷却

对流空气冷却基本上成为了几乎整个电子业界散热的标准做法。由于它成本低廉，未来也会是散热解决方案的首选。为了适应未来功率剧增的趋势，必须有重大技术发展以突破目前空气冷却存在的限制。当芯片热流量在50W/cm2 的情况下，传统的散热器设计将变得非常大，就需要有其它的解决方案。高性能的散热器设计、高鳍片密度和高比例鳍片不断发展（如图2所示），对该问题有所缓解。为了实现高性能散热器设计，需要综合使用系统风扇和主动散热器风扇，以增强气流速度和压差等。然而，高速风扇的噪音问题必须得到解决。

水冷

对芯片进行直接水冷是效率最高的冷却方式。随着办公系统产品的功率剧增，有必要再次使用水冷，就像2004年一款台式PC采用两个单相的水冷系统。对于台式PC，采用创新的水冷技术的主要需求是由于价格便宜、可靠和占用系统的空间小。这种闭环式系统可以将所有的热量经由空气导入到一个空气—水的热交换器当中（如图3所示）。过去，水冷应用于冷却高性能电子模块，现在服务器和电信设备已经开始采用柜式水冷，将来可用液体冷板（2004年就已经面世）直接水冷CPU。在该系统中并不需要冷冻水，但其它的发热元器件不能连接到冷板，所以仍要以传统的方式散热——设备室用空调来处理大约50%的冷却载荷。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

直接浸入式冷却

有些情况下，由于功耗剧增，无论如何改善界面材料，芯片到散热器之间的内部温升还是太大。在这种情况下，用绝缘液体直接浸入式冷却芯片也许能解决。这种冷却系统可以采取单相液体冲击注入（如图4左图）、喷泉（增强型或不增强）或两相液体喷淋（如图4右图）等冷却方式。在一个封闭腔体对电子产品进行喷淋冷却已经在军工系统和超级计算机模块中应用。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

亚环境和冷凝冷却

为了提高大型服务器和工作站的系统性能，需要使CMOS处理器的工作温度降低，为此可应用蒸发压缩循环冷凝系统。目前技术研究发现芯片温度每降低10℃，系统性能可提高2%。使用该技术，蒸发器可直接贴装在处理器模块上，其它硬件（如压缩机、冷凝器和阀门等）通常会安装在一个独立的密闭空间中，并将其放在系统（工作站）底部或安装在支架内（服务器）。使用这种技术，芯片温度可以达到 -20～40 ℃。

热电子冷却

热电子冷却器（TEC）可以提高电子模块封装的冷却效果，从而减少芯片结温或适应更高的功耗。它们还具有小巧、无噪音、没有活动部件等优势，另外也可以进行主动温度控制。与蒸发—压缩冷凝器相比，TEC可调节的热流量大小有限，另外它的能效比（COP）要比传统的冷凝系统低。TEC的COP取决于应用环境，但通常小于1，这意味着TEC所消耗的电能相当和/或大于元器件被冷却的功率耗散。这些缺点主要是由于目前的制造材料和方法的局限所导致。所以，热电子冷却器目前仅应用在相对较低的热流量的场合。为了改善热电子冷却器的性能，目前业界正在做大量的研究工作，如开发新的热电子材料和薄膜冷却器等，这将使电子冷却器的应用更为广泛。

特定产业的挑战

每个产业的热管理都面临着特有的挑战，以下是热管理在主要领域中遇到的情况。

办公室系统 办公室系统设备大多采用空气冷却，然而日益增长的热管理需求也暴露出空气冷却的弊端。不论是服务器、台式机还是笔记本，功率更高、热流量更高是总体趋势，热流量更高，包括非均匀发热（热点）使散热的解决方案更为复杂。虽然从成本角度空气冷却是首选，但热流量增加，使我们不得不要考虑其它冷却方案。近年来出现几种“新”的解决方案可以扩展补充空气冷却的能力。2005年，双核处理器的出现可以减少最大热点的热流量，其它的创新解决方案包括：

- 在台式计算机上，实现热管/散热器的结合

- 蒸发室散热器

- 金属PCM热界面材料

对于笔记本电脑，在不同固态电路之间，尤其是CPU封装和散热部件之间的热扩散和热传递，所用的传热材料和技术需要应对CPU的高功耗，为此，笔记本电脑通常使用热管技术。最常用热管是直径大于3mm的圆形管，其材料是铜，用水做工作介质。然而，CPU功率的不断增加将要求热管的直径越来越大，除非应用更好的热管技术。便携式计算机强制风冷技术的另一个主要挑战就是开发能产生足够静压（以保证有足够的空气流穿过远端热交换器和平台），同时噪音最小的风扇。另外也要解决风扇和远端热交换器的功耗、成本、尺寸和重量等问题。

无论采用何种办公室系统的散热技术，平衡热控制需求、实现低成本和低噪音之间的矛盾会日益突出。

通信产品

根据iNEMI路线图的定义，通信产品包括网络、电信和数通设备，这些设备共同组成通信网络。未来通信设备将发生巨大变化，将面临尺寸进一步变小、热管理解决方案可靠性更高等需求。通信设备制造商必须关注从最基础硅片到整个设备的冷却问题，包括户外安装等整套解决方案。未来的设备将会遇到每个节点几百千瓦功率消耗和散热的问题，由于设备占地面积有限，这一趋势将体现在热流量的剧增上。

通信产品正越来越依赖光电技术，无论是主动式还是被动式光电部件都需要更为严格的温度控制，温度变化是波长漂移和影响激光源输出功率的主要原因。无论是在组装或运行使用环节，都需要充分重视管理光电部件的热行为。在封装和组装过程中，必须控制作用在部件上的温度，以确保封装偏位和光性能退化的最小化，在该阶段主要的问题是材料之间的热膨胀系数（CTE）不匹配。将光电部件组装到PCB上时，使用其它焊接方法，如选择性激光焊接，将有助于解决封装偏位问题。

在使用阶段，可以在光电模块上安装合适大小的散热器，然后在散热器上安装热电子冷却器（TEC），从而实现光电模块的温度控制。由于封装成本高和散热部件的效率较低，所以整个热管理策略的成本较高，另外光电部件的可靠性也通常受限于TEC的可靠性。综上所述，传统的TEC在成本效率上不适于新的应用。

在设备级散热方面，影响热管理效率的主要障碍是设备的冷却风道规划（设备进风口和排风口的位置）与安装机房的最佳热—冷风道设计走向不一致。正确地配置将有助于避免设备内的冷热空气混合，会提高整个散热效率，实现可接受的热密度。

在电信机房、数据中心和室外，风扇噪音也是电信服务商关心的主要问题。在许多场合，人一天8小时处于一定级别的噪音环境下将会导致听力丧失。

2004年，电信机房中的电子设备主要采用风冷散热，但已经有设备开始采用柜式水冷散热了。在这些机柜中要有带冷却器的水冷系统，可大大减少房间空调，而且它与服务器冷却系统是隔离的。也许今后将用液体冷板对CPU进行直接水冷。

在室外条件下，决定机柜温度的主要因素包括设备散热（内部载荷）、设备设计（风道设计）、室外条件（外部设计）和机柜设计（机壳、热交换器）等。也许可以采用一种“内部热载荷”的参数，室外机柜制造商会声明机柜能支持的最大设备热耗，这样内部机柜温度就必须控制在最大设备运行温度范围内。这种方法可以让设备测试和实际安装测试分开。

便携式系统

这部分包括成本低廉、产量大、寿命要求相对较短的产品，它们不大可能用先进的冷却方法。由于电池限制，其功率耗散很小，手持式电子产品目前还没有遇到较大的散热问题，因为手持式产品的大多数散热问题是与一些部件的热扩散有关（如手机所用的功率放大芯片高达2W的功

耗）。

大多数功耗是在功率放大器上，有的器件尺寸只有1mm2 但功耗约 0.6W。所以，便携式产品的热管理问题主要与将热从这些元器件处扩散出去相关。解决方案一般是将热扩散（使用热过孔）到系统中的散热金属块或热扩散板上。有些情况下，是扩散到微热管上。未来，塑封电池可能出现功率是目前的两倍或三倍的技术突破，同样，如果“无线浏览”成为主流，可能需要更高的功率，那时将需要更多的热管理技术。

汽车电子 汽车电子产品热管理面临的需求比大多数其它电子部件更多。它们必须在恶劣环境下运行，因此提出了特别封装和冷却上的挑战。环境温度可达90～125℃，在引擎罩下应用的温度更高。另外它也可能暴露在腐蚀性流体中。未来，热管、相变材料（PCM）、液体冷却技术的使用和更为高效冷凝器的应用，都将很大程度上取决于那些已证明是可靠的、低成本的技术的发展。

在汽车启动和运转及随后的高温冲击（高温冲击是由于长时间运转，然后在一个限制空气流动的环境下停车的环境所造成的）环境过程中，引擎罩下应用的最大周围温度可高达165℃。数字和模拟IC，目前在某些应用场合下允许的最大运行结温可达150℃，功率器件的运行结温可高达175℃，可允许瞬间200℃。引擎罩下和车身内部的汽车环境，要求电子模块必须在传动液、制动液、动力操舵液、氮氧化物、盐雾、引擎冷却液、油脂、高达100%湿度等级，以及有时短暂浸在水中等环境条件下可靠运行。

Hybrid/EV和启动装置/发电机控制装置需要耗散的热能是其它常见汽车电子系统的10～100倍。这些将需要比今天大多汽车电子应用更为有效和复杂的冷却技术。

低成本的半导体器件和器件封装的技术发展，使数字/模拟器件在结温175℃、功率驱动器在200℃条件下可靠运转，大大地降低了许多汽车应用的热设计成本。封装解决方案必须保证结到壳、结到单板之间的热阻最小化。对于高性能热堆栈（1℃/W），目前每个芯片允许的成本范围是0.5～1美元（包括互连的总制造成本）。新的热管理观念将必须在实现同等或更高性能条件下，成本不变或下降。

可靠性需求

在电子工程师设计电子产品的同时，机械工程师将面临设计热解决方案的挑战。在一个封装内，热传导节点用来仿真热流和温度。计算机流体动力学（CFD）节点可以用来对封装组件周围和穿过内部的流体流动，以及从外露封装表面到流体的主要通道的关联压降和热传递情况进行仿真。另外有些CFD节点具有变化能力，这样就可以在对封装内部的热传导进行仿真的同时，对流体流动和冷却流体中的热传递进行仿真。

在过去的10多年间，为了改善问题定义和数据输入的图形化用户界面，特别是使用定制CFD节点仿真电子设备散热方面，业界有许多研究。然而，需要在减少定义封装外形和结构所耗费的时间，输入运行模型所需的相关预备数据方面做更多改善。需要实现CAD立体建模工具、EDA工具和CFD工具之间的无缝集成，这样就使热设计工程师可以用CAD立体建模生成数据和EDA生成数据，并将它们毫不费劲地导入有限元热传导仿真工具或CFD仿真工具。

结论和建议

所有产品类别都会遇到共同的热管理挑战，将热从集成电路耗散，同时保证可接受的结温的任务，对所有半导体和电子系统的设计者和制造业者都是一个重大挑战，系统热设计考虑的关键因素有芯片大小、功耗、节点温度和冷却空气温度。

随着硅片功率变大，为保持硅片温度在100℃以下，如果仍然使用空冷，则必须考虑低噪音和/或高运转所需的先进风扇技术工程，同时需要进一步发展优化散热器的设计和制造。即使有了这些技术的发展，为了满足日益增长的功耗需求，最终也必须考虑更为高效的冷却技术，如水冷（和直接浸入）。

为了改善性能和保持高可靠性（尽管各种新技术的产生都会增加复杂度），需要热设计适应更高热流量，实现更低的结温。组装和封装技术的发展要同时满足性能、功率、结温、封装外形和成本等领域的苛刻需求。业界必须开发将热从封装内部到封装表面/从印制电路板表面到冷却媒介的扩散和传递的方法。在模块/系统级，必须从设计上改善空气流动性能，并确保冷却流体要流过需要冷却的电子元器件。

新型和改良的热管理技术的不断发展，要求结合产业开发和聚集实际应用的高校研究两者的共同成果。需要进行热传递、热流体和热机械的研究，以发展新的技术，改善散热的可预见性和可靠性。在从高性能计算机到汽车电子等的应用领域，低成本、高热导率封装材料，如胶、导热膏和热扩散器等，需要得到进一步的应用开发。新型冷却技术，如高性能热管/蒸发室、热电子冷却、直接液体冷却和高性能空冷和空气动力学技术，和闭环空—液冷解决方案的发展一样，都需要进一步研究。

集成封装/产品的电、热和机械特征的先进模拟工具，在提供更为强大使用功能和减少界面不兼容的同时，要成为流体、温度和热机械测量的经验化工具，可以得到微冷却系统中局部和定点测量结果。为了达到这些目标，必须投入资源资助冷却技术的发展，提高大学/研究试验室的参与度，并与供应商建立更为紧密的工作关系。

随着RoHS指令生效日期的临近,供应链上的所有厂商都在关注自身产品的符合问题，特别是在相关电子产品物料中受限物质信息的收集、管理和交换方面。许多OEM厂商在各自的物料符合申明中，使用了各种不同格式的表格。IPC-1752——物料申明管理（MaterialsDeclaration Management）致力于将这种混乱状态趋于有序,并且减轻整个供应链的负担。2006年8月, 经过24位志愿者和工作组全体成员的共同努力，完成了交付表决的标准文件，使其向成为最终的标准迈进了一大步。

IPC-1752 是建立在EIA、JGPSSI、JIG和iNEMI的物料申明项目基础之上的。该物料申明标准是IPC推进得最快的标准项目。标准开发委员会于2005年1月召开了第一次会议，即 IPC 2-18 供应商申明委员会会议。委员会确定于今年年底前完成两项标准:IPC-1752和相关的IPC-1751——申明程序管理通用规范（Generic Requirements for Declaration Process Management）。

EIA （Electronics Industries Alliance）：电子工业联合会

JGPSSI（Japan Green Procurement Survey Standardization Initiative）：日本绿色采购调查标准化协会

JIG（Joint Industry Guide）：联合产业指南——旨在建立申明物质清单

iNEMI（International Electronics Manufacturing Initiative）：国际电子制造业协会

IPC-1751 和 IPC-1752共同规划了供应链物料申明的格式和程序,以提供一个简单有效的途径来收集、追踪和揭示产品所用物料的相关信息。标准建立了电子数据格式和标准的表格，在提高效率和降低成本的同时，简化了信息交换的过程。表格是基于 Adobe 的 PDF 文件格式, 并运用了美国国家标准和技术协会（NIST）开发的UML数据模型。从这些表格中获取的数据随后能以标准的可扩展标记语言（XML）格式被释放和交换, 这样就能够符合相关的 RosettaNet PIPs(Partner Interface Process )要求。这种机器可读的（XML）结构，将确定和执行详细的数据约束和限制要求，以确保其一致性。

1月份的首次会议之后,委员会又于2005年5月在新奥尔良召开了会议，最终确定了一个标准草案，该草案采用两种不同的表格并支持三个等级的申明: 1、是/否RoHS符合申明总表；2、在每种单一物料中存在的RoHS物质连同每个电子零部件中存在的JIG物质的I级申明；3、II级申明，包括在单一物料等级上存在的RoHS、JIG和其它附加的客户指定物质，连同相关的制造参数。委员会也制定了两种PDF表格来描述这三种申明等级。总共有四个文件被发布来进行解释:

IPC-1751, 申明程序管理的通用规范

IPC-1752, 物料申明管理

IPC-1752-1, 总的和I级物料申明PDF表格

IPC-1751-2, II级物料申明PDF表格

在6月初,这个标准草案被贴在IPC 的网站上供业界人士浏览、测试和讨论。在60天的建议反馈期内,有来自28个国家的大约1400人次进行了下载，美国占了约三分之二,其它主要来自英国、中国、德国和日本。IPC 与日本的 RNJ (RosettaNetJapan) 开展了紧密合作,并期望将最终的标准翻译成中文和日文。

建议反馈期结束后, 委员会在IPC总部召集了会议，来研究收到的超过600条的关于标准草案的建议。由于需要遵循IPC的美国国家标准协会（ANSI）认可的标准化流程，每条建议都做了评审,并在委员会的一致认同下做出了回复。

在反馈建议的基础上,委员会对标准做了主要的改动,包括重新编排报告等级,数据确认的追加，以及决定把用户指南从标准中分离出来。同时，也进行了相关法律条文方面的讨论.为了更好地定位用户需求,最初的三个报告等级被重新划分为六个等级。虽然有人担心等级太多会造成混乱,但多数委员会成员认为六个等级将有助于简化报告流程,尤其是在客户需要特殊类型的申明文件时。同样,当需求者提出特殊的申明等级要求时，其所有类型的申明要求应很容易地被定位，这要好过指定表格中的某一部分是期望供应商来完成的方法。

等级1和2用“是或否”的格式报告RoHS物质,同时等级2也包括某些制造工艺参数,如潮敏等级和最大组装温度。等级3和4用于每种单一物料中的 JIG A 级和 B 级物质报告，以及允许客户对零件级上的其它感兴趣的物质信息提出要求。等级4也包括制造工艺参数。等级1，2，3 和 4 都用IPC -1752－1 的PDF文档表格形式提供报告。一旦从表格最顶端的一个下拉框中选择了希望的报告等级，对于这个报告等级来说不需要的部分会自动去除。

等级5和6是类似的，它通过 IPC-1752－2 的一个单独的PDF文档表格并包含有附加文档区域，来支持单一物料中的所有物质的报告，等级6更包含了制造工艺参数区域。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在委员会会议和其后的会议上讨论的一个重要问题，是有关采用这两种PDF文档表格后，在签名上带来的法律问题。一些委员会成员认为签名应该仅证明表格已经被正确地完成并提交，而其它的问题必需通过供应商和客户间的合同来确定；而其它的成员则希望这个表格拥有较强的法律效力，用以确认针对物料内容和RoHS符合上的责任。许多委员认为如果表格包含较强的法律效力有利于OEM在供应商管理上节省开支，而另一些人担心包含较强的法律效力将会影响数据的提供。

最后，委员会决定表格上同时包含关于精确的物质含量申明和法律申明的选项，由用户自己来做出选择。除了修订表格，委员会还仔细地对IPC－1751和1752的标准文本进行了编辑，特别是在商务流程、审查、审计和法律问题的章节上。当然，一个单独的针对两种PDF格式的用户指南将包括在 IPC-1752－3 内。委员会在9月散发了用于表决的标准的最后版本，并于10月24和25号，通过 IPCWorks 在拉斯维加斯召开的会议，以审查和确定任何在表决期内收到的反馈建议。如果在审核表决建议中需要进行技术方面的修改，那么，将在11月进行第二次表决。委员会期望在2005年年底出版最终的标准。

如果你想了解更多有关新标准的情况，可登陆 www.ipc.org/calendar 。

摘要我们对漏电流过大的印制电路板组件进行了失效分析以确定其相应的失效机理。通过对失效位置（通过电路分析定位）进行光学显微和扫描电镜分析，在印制电路板内发现有松解的玻璃纤维将电镀通孔与铜平面层相短接。这一现象很像是导电细丝生成。

背景

作为电子二级封装的印制电路基板，其材料和结构必须承担可靠进行关乎系统运行的多项工作，这些工作包括给单个芯片供应电源、进行精确的信号时序传输、结构支撑和导热等。为了实现这些性能要求，印制电路基板以层压结构布局，包含铜箔层和每两个铜箔层之间的介质材料层。由铜箔层生成的电路用来承载电源、信号及热能。大多数基板中所用的介质材料是由有机树脂和增强型高强度纤维组成。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

不断微型化和性能集成化的需求推动印制电路板 (PCB)上的元器件数量和互连密度的增加。这也推动着印制电路基板不断向今天所用的多层印制电路板的发展。导体间距、过孔和电镀通孔（PTH）直径的成倍缩小导致PCB越来越容易产生导电细丝生成（Conductive Filament Formation,CFF）。

CFF是在印制电路板带电应用情况下，金属（通常是以离子形式）电化学迁移穿过或越过非金属介质的过程[1-3]。CCF可能导致降低产品性能的过大的漏电流，也可能导致产生完全失效的短路。带偏压的导体就像电极一样提供了驱动电压，同时在有机树脂和增强纤维之间的已侵入的湿气则充当了电解液的角色（如图1所示）。随着金属离子迁移并在两个偏压导体之间桥连，绝缘电阻的下降导致电流浪涌，电流浪涌将最终导致短路并形成局部高温，局部高温最终导致在相应两个导体间产生烧毁或烧焦。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

影响CFF的主要因素包括基板特性（树脂材料、涂覆层、导体结构）和运行环境（电压、温度和相对湿度）。

CFF发生所必需的路径通道是单体纤维和有机树脂之间的界 面分层所形成的。钻孔不良和热循环通常会加速这种分层的产生（如图2a和2b），业界已有电迁移发生与各种影响因素之间的量化关系的研究数据[4-6]。基于这些经验化数据，可以建立预测CFF失效寿命的模型[6,7]。

近来越来越多的试验表明： C F F 也与中空纤维有关[ 8 , 9 ]。在这种情况下，虽然使用环境条件是一样的，但CCF的生长路径是在中空纤维内部，而不是沿着树脂/纤维界面生长。业界也已有模型预测在纤维内进行电迁移的情况和它对平均失效时间影响[10]。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

分析过程

我们对一个在市场运行发生短路的缺陷PCB进行了失效分析。缺陷单板信息如下：六层板、厚70mi、线宽5mil、线距5mil、外层铜厚为1盎司、内层铜厚为0.5盎司，板上PTH最小直径为12.5mil。短路处的PTH和地平面铜箔走线之间距离约为14mil。该板的情况很像CCF失效。我们通过电测试确定确切的失效位置，并进行垂直于PCB Z轴方向的基板材料切片，一直定位到失效的铜箔层（如图3a和3b所示）。然后对失效样件的电镀通孔（PTH）的直径方向进行切片分析，从而可以从顶面对失效区域进行观察（如图4a和4b），用光学显微镜和扫描电镜（ESEM）进行观察分析。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结论

在图3a中，可以在PTH附近观察到一块黑的、变形的区域。烧毁颜色和树脂的变形表明此处发生了有机树脂的燃烧。在图b中看到的破损纤维图片，是失效区域产生过大量热的另一个证据。作为增强材料的玻璃纤维通常具有柔性，然而，当遇到高温时，它就会变得很脆，从而容易发生断裂。

讨论

本文对一个失效印制电路板（PCB）用电测试进行失效位置定位，然后对失效地点进行切片分析，并用光学和扫描电镜进行观察。基于树脂的烧毁外貌、严重的玻璃纤维断裂、从电镀通孔（PTH）到铜走线之间存在烧毁路径等信息，判断其失效机理是导电细丝生成（CFF）。在PCB内部发生的导电细丝生成很容易误判为“未名失效”。为了确保正确地识别失效机理，必须进行全面地失效分析。如果不能正确地识别，用户和供应商就不会对环境或所用材料采取必要的改善措施，以防止这类失效再次发生，保证产品可靠性。

无铅软件IP管理向无铅电子的转变会带来质量、可靠性和法规方面的风险。要想成功地实施无铅焊料体系必须圆满地解决这三个问题。目前业界对焊料质量和可靠性已有很多研究，但较少关注无铅专利问题。造成这种真空的原因主要是人们通常误认为只要有某种合金成分存在，它也就是合法的。然而多数无铅焊锡合金是注册了专利的，所以明智的做法是：对特定焊料技术、工艺引起的合金变化是否与其它专利存在知识产权问题进行习惯性的复查从而避免在法律上的风险。 近年来，无铅焊料的专利数量不断增多，在综合评价特定焊料合金配方时，需要考虑时间和成本效益比。为了解决这一问题，CALCE开发了一个无铅专利管理软件工具。专利管理软件的主要组成部分各种专利信息的数据库。其输出文件包含专利文本中的图表和摘要。该系统不仅能够快速详细地说明各种合金种类的主要专利，而且可以用来在各种合金配方专利中搜索，帮助设计者聚焦使用那些没有包含在专利申请中的、没有详细说明限制其合成及反对它们使用的合金焊料。另外，该专利管理系统也可以用来发现潜在的无效专利、明确使用某种合金是否会侵害某些专利、对某种合金是否存在法规风险进行预评估、或简单地跟踪所有无铅合金的专利情况。 欲了解更多相关信息， 请联系吴际博士：jwu@calce.umd.edu。

参考文献

1. G. Kohman, H. Hermance, and G. Downes, “Silver Migration in Electrical Insulation,” The Bell System Technial Journal, 1115-47, 1955

2. D. Lando, J. Mitchell, and T. Welsher, “Conductive Anodic Filament in Reinforced Polymeric Dielectrics: Formation and Prevention,” Proceedings of the Seventeenth International Reliability Physics Symposium, 51-63, 1979.

3. M. Pecht, B. Wu and D. Jennings, “Conductive Filament Formation in Printed Wiring Boards,”Thirteenth IEEE/CHMT International Electronics Manufacturing Technology Symposium, 74-79, 1992.

4. J. Lahti, R. Delaney, and J. Hines, “The Characteristic Wearout Process in Epoxy-Glass Printed Circuits for High Density Electronic Packaging,” Proceedings of the Seventeenth International Reliability Physics Symposium, 39-43, 1979.

5. S. Krumbein, “Metallic Electromigration Phenomena,” IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, 11, [1], 5-15, 1988.

6. B. Rudra, M. Pecht, and D. Jennings, “Assessing Time-to-Failure due to Conductive Filament Formation in Multi-Layer Organic Laminates,” IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, Part B: Advanced Packaging, 17, [3], 269-76, 1994.

7. B. Rudra and D. Jennings, “Failure-Mechanism Models for Conductive-Filament Formation,”IEEE Transactions on Reliability, 43, [3], 354-60, 1994.

8. A. Shukla, M. Pecht, J. Jordan, K. Rogers and D. Jennings, “Hollow Fibers in PCB, MCM-Land PBGA Laminates May Induce Reliability Degradation,” Circuit World, 23, [2], 5-6, 1997.

9. A. Shukla, T. Dishongh, M. Pecht, and D. Jennings, “Hollow Fibers in Woven Laminates,”Printed Circuit Fabrication, 20, [1], 30-2, 1997.

10. M. Pecht, C. Hillman, K. Rogers, and D. Jennings, “Conductive Filament Formation: APotential Reliability Issue in Laminated Printed Circuit Cards

2 0 0 4 年秋天， 在I P C 组织的无铅训练营上，有一位参与者问我，是否还有什么东西会像无铅一样在业界引起轩然大波？我的回答是：欧洲议会正在讨论的两个新指令将会引起电子业界的大地震，它们是：REACH（Registration, Evaluation andAuthorization of Chemicals，关于化学品的注册、评估和许可办法）；以及EuP（ Energy using Products，耗能产品生态设计要求框架指令）。

2005年7月6日，欧洲议会和理事会正式通过了“欧洲议会及理事会2005年7月6日第2005/32/EC号指令——“耗能产品生态设计要求框架”和“欧洲议会及理事会92/42/EC、96/57/EC、2000/55/EC指令补充稿”。这一指令通常叫做“耗能产品生态设计指令”，简称EuP，旨在建立欧盟生态设计规则框架。

虽然该指令并没有直接对特定产品提出限制性要求，但它却定义了框架条件和准则，通过后续执行措施，相关产品的环保特征需求（如能耗），让它们能快速而有效地运作。在该指令发布后，欧盟委员会成立了一个委员会，负责在完成影响评估和相关方面意见征集讨论后，制定具体产品和环境因素（如能耗、废物产生、水耗及寿命延长等）的实施措施。

EuP第一次提出是在2003年8月。指令不是对所有耗能产品都有强制性要求，但对那些对环境有重大影响、世界市场交易量较大，以及有明显的改善潜力（如：没有指令要求，单凭市场力量无法推动）的产品则有强制性要求。

EuP指令是在欧盟“集成产品方针（Integrated Product Policy）”下的一个框架指令。在此基础上，未来10年会推出一系列标准规范，以实现更好的产品设计，无论大、小公司，都要遵守集成这些标准的规范。为了将其定位为产品设计，EuP指令致力于制造商的核心能力，而这是最为敏感的问题之一。具体到可能的产品种类，EuP指令的归一化会对不同业界都产生影响。由于工程界涉及到的产品非常广泛（消费类到数码产品），所以其所受的影响最大。

欧盟认为实施这项指令将有助于提高欧盟其它产品环保指令（如RoHS）的实施效率和协同作用。具有讽刺意味的是，如果按照EuP所要求的，对产品全生命周期进行环境影响评估，结论有可能会是RoHS限制电子产品使用铅不太合理。

R E A C H 开始是一个白皮书， 在2 0 0 3年1 0月2 9日正式采纳为欧盟提案。根据REACH要求，进口商或制造商向欧盟销售1吨以上物质都需要进行物质登记，提供详细的物质风险、危害、使用和全生命周期过程特征信息。制造商和进口商提供的信息还要包括：物质是否是危险品？在正常和合理预见条件下使用是否会释放？每年的销量是1吨还是更多？那些被高度关注的物质，尤其是致癌物质、诱变物质、再生性有毒物质或生物累积性物质（统称为CMR），需要登记，获得授权后方可使用。

作为对近期产业界征求意见的响应，欧洲议会的环境和内部市场委员会就REACH分别收集了1000多条补充意见。尽管面对如此大量补充意见所表达出的意愿，委员会立场依然强硬，表示不会撤销该立法。

许多遗留的担心是该提案对中小企业（SME）的影响。对于那些生产化学品或在制造过程中必须使用化学品（简称下游用户）的小企业来说，REACH执行成本是非常高并且难以承受的，这的确是个不可忽视的问题。如果企业不能满足REACH难以承担的检测和登记需求，必将导致许多基本的化学品退市。为了解决指令对中小型企业将造成的影响，在委员会的许可下，欧盟进行了一项REACH对供应链影响的研究，调查数据来自于汽车、高科技电子、柔性封装产业、无机材料制造商等化学品产业的SME公司。进行的第二项研究是调查REACH对新加入欧盟国家的潜在影响。

这项研究分析了一系列商业案例，这些案例具体阐述了REACH指令在实际实施过程的运作情况，对具体影响的原因进行详细诊断分析，同时考虑识别各种可能的补救措施。该项研究证实了登记成本将对化学品制造商现有的现金流造成很大影响，尤其是那些SME。这项研究也发现，有些SME化学品供应商为了应对REACH将面临财务危机，尤其是他们将不得不同时登记许多化学品的时候，很难将检测成本转嫁给下游用户。这可能会导致制造商不去登记，或要求配方商进行重新配方，或交给下游用户进行再配方，这都将降低创新动力，减少物质的多样性。

欧洲议会于2 0 0 5 年9 月完成REACH草案的一读，2006年欧洲议会和欧盟委员会将进行草案二读，预计在2007年生效。

在电子制造服务（EMS）行业，制造成本是制造的可见成本、耗损和利润共同作用的结果。目前许多原始设备制造商（OEM）希望制造成本定期地下降，但同时他们又不愿意与EMS厂商共同努力，来降低制造成本中的可见成本和耗损成本，这是许多EMS厂商都遇到的难题。

可见成本包括：物料、组装工时、测试工时、物流、操作和管理的成本等。耗损成本包括EMS厂商与OEM之间的职能冗余、设计不当导致的低效率和质量问题、EMS厂商或OEM的流程的低效率，供应链能力不足导致的质量和交付问题等。总之，大幅降低制造成本需要EMS厂商和OEM的共同努力。术语——为X设计或DFX，意思就是任何有利于成本降低的设计改善或提高。

在本文，被调查的很多EMS厂商提出了他们的观点，这些观点非常具有代表意义，范围包括他们所遇到的常见设计问题、DFX开展的阻碍、与客户共同实现DFX相关的成本降低的策略等。

典型的设计问题

“ 9 0 ％ 的成本是由设计决定的。”Morey公司（Woodridge, IL）总裁Scott Morey说，“我们产品开发的完整职责不仅是设计本身，还在于元器件选择、整个单板布局和产品包装设计。”

Morey同时指出，EMS厂商主导产品开发过程还有一个好处，就是EMS厂商熟悉产品制造，因此，它会把设计开发活动本身看作是一种成本。“许多OEM不能理解开发成本，或没有注意开发时间和开发成本之间关系， 或没有注意由于错过产品市场时间而导致销售机会成本的丧失。”Morey补充到，“他们关注的要么是过程要么是结果，我们关注的是识别产品开发的关键路径和项目延迟，我们员工清楚他们的职责范围还包括管理客户。”

Genesis电子制造公司（Oldsmar,FL）也认为在产品设计和再设计过程中EMS的作用非常重要。

“当我们生产一个新产品时，我们试图在类似电子元器件等细节上去降低成本。” Genesis电子制造公司总裁Robert Stoller说，“通过使用复杂些的连接器，通常可以将一块插板与更小单板一起集成到一块主板上。人们通常认为从通孔插装技术切换到表面贴装技术会降低成本，但并非完全如此。当两块板集成到一款主板时，那就可以减少一块单板，这样的成本节约非常可观。”

Stoller又举了一个外壳设计方面存在的大幅成本降低机会的例子，外壳金属板的非必要公差既影响金属板成本又影响最终成品的组装效率。他也看到许多OEM要求外壳进行同样的表面处理。“这些问题都是‘低垂的果实’，他们并不需要太多的技术人力投入就可以解决，总的成本降低有时相当于原始设计成本的50％。”Stoller说。

“如果产品设计时单板上的元器件都可以上自动贴片机，那就可以裁减大量的操作员工。”Winland电子公司（Mankato, MN）项目协调员SteveTrnka说，“我们最近有一个例子，原来单板上有一个需要手工贴片的元器件，后来我们更换使用了另一种可以进行自动化贴片的元器件，为此对单板布局进行了局部修改。这一改动布局导致4％的成本降低，同时也避免了由于手工操作而导致的质量问题。”

新产品设计查检表 通常，第三方设计者在开发新产品时不能考虑到可制造性、可测试性和采购等相关的问题，Sypris电子公司技术支持经理 Bob Hilliard提供了这些问题的简易查检表： 元器件最好同方向布置，这样有利于工艺和光学检测 相同技术的元器件最好放在同一面，以减少印刷问题 提供有用的基准点 单板布局时要时刻注意热设计问题：哪些小的、热敏感的元器件要远离重的、带散热器的元器件 在设计时提前考虑测试策略，避免返工费用 BOM清单需要列出过时/停产的元器件，向EMS厂商询问其它元器件供应商资源或可替代元器件

Skyline电子公司（Colorado Springs, CO）LLC部门项目经理Danny Baudoin和工程总监Jim Reeder有一份详细的、影响质量和可制造性的典型设计问题清单。“典型设计问题包括：元器件丝印标识字符在元器件底部，一旦元器件贴片后，丝印字符就找不到了；在焊盘之间没有阻焊，这种情况如果发生在QFP和BGA的焊盘与过孔走线之间尤其糟糕；测试点被阻焊覆盖；阻焊在锡铅上，这样过波峰焊就发生气泡；阻焊偏位问题；印制板铜箔层间或层内不对称，导致热不匹配和翘曲；未设计热焊盘；HASL导致BGA焊盘不平整；量少单板上采用错误的电镀方式，如无电镀锡；引脚/焊盘/孔径比不当；回流或波峰焊过程中元器件定位或贴片困难；波峰焊时板边连接器用围栏来支撑；分板位置在连接器下；邮票孔设计不当分板时会损坏走线或焊盘，等等。”Baudoin说。

“OEM开发人员指定元器件和单板结构等要素以满足产品性能要求，但它们直接限制了产能、可获得性和工艺窗口，这似乎是一种普遍现象。”TotalEMS（Logansprot，IN）公司市场和商务开发部经理Russ Steiner说，“这包括单板尺寸与外形。举例来说，尺寸和外形直接影响夹具拼板的产能效率，通过改变单板长度或宽度哪怕是千分之几英寸，就可以将单板放到加工过板夹具中，这样一次就可以进行多块单板的加工。仅仅是由于这么点尺寸，我们只能一块单板一块单板地加工，如果形状可以修改，可以用2×2拼板夹具进行加工，那么产能将大幅度提高。这不是裸板面积变小而节约的那么一点点成本，而是由于产能增加了，减少了三块单板的加工成本。点点滴滴的改进累积起来就是工艺的大改进。这就是TotalEMS为什么把DFX增加到NPI（新产品导入）过程，并起到‘嵌入式价值’的原因，同时在运作过程中并不需要额外费用。”

“很难特别突出哪种特定的设计缺陷，我们经常碰到它们。”Wolf Electronix公司（Orem, UT）销售/市场副总裁Dennis Gleason说，“例如，我们看到许多单板没有进行拼板考虑，没有基准点，在板边用很小的元件，甚至还没有焊盘，可以单面布局的单板设计成双面组装，设计没有考虑尽量自动化加工，另外一个问题就是能表贴的还在用通孔插装。”

Preco电子公司 (Morton, IL) 工程运作总监 Jim Lanigan说，在设计阶段要考虑的成本降低不仅包括可制造性和制造成本。

“影响成本的最常见设计错误是选用独家供货的元器件。”Lanigan说，“如果设计团队有足够的远见，应当关注那些价格较贵的元器件（通常采用80/20原则）并且保证至少两家供货，这样产品会更有竞争力。然后就是设计产品的工艺控制窗口要紧，如果OEM产品按照IPC相关标准进行设计或符合这些标准，那么专用的组装工装、检查和测试工艺就可以最大限度地减少。”

成功的设计过程规则 Morey公司（Woodridge, IL）总裁 Scott Morey 列出他公司成功的设计过程规则： 明确一个好的产品规格非常关键。没有好的产品原始规格，就难以量化更改影响。测试规格也要在设计早期就明确 需要制定详细的项目开发计划。计划应当包括所有开发工作的关键里程碑， 包括软硬件设计、联调测试、认证和上市。识别开发活动的关键路径也非常重要 指派一个强势项目经理。一个好的项目经理会重点关注既定目标的达成，这也意味着管理着客户团队 单板布局时要时刻注意热设计问题：哪些小的、热敏感的元器件要远离重的、带散热器的元器件 保证所有功能角色能尽早地参与进来，并在整个过程中不断进行沟通 有书面的设计规则 保持开放的沟通氛围。根据成本和时间量化各种更改影响 坦诚。告诉你的客户你是怎么想的，最后你的客户有可能采纳你的意见或不采纳，如果他们不采纳，你必须尽你所能 保持开放的沟通氛围。根据成本和时间量化各种更改影响 W.Edward Deming 和 EliyahuM.Goldratt 所信奉的哲学体系是避免浪费、减少过程变异和解决瓶颈策略的关键和核心

Kimball电子集团的项目经理GregHessler也认为元器件选择应当重点关注：“常见设计错误包括不考虑元器件成本而导致柔性不足；也没有考虑与已有产品上元器件的共用。另外，我们也看到有些设计者重新发明轮子，或使用过时技术。”

b>为什么DFX努力会失败

O E M 不接受E M S 厂商所提出的DFX建议有很多原因，其中的三个主要理由是：缺乏内部资源来验证或实施更改建议；其它第三方认证的成本考虑；实施更改所涉及的时间因素等。

“有时候，OEM的工程部门会有一种外公司专家染指他们主流业务的感觉。”Stoller说，“也许有人认为这种心态应该不会存在了，但事实上它还是有一些小气候，尤其是那些中小型公司，有时那些技术背景很强的老公司也会存在这样的问题。”

“大多情况会说没有资源和时间来审视这些建议。”Trinka补充说，“因为大多负责对这些更改建议进行评审的人并没有承担降低成本的压力，所以他们自然就不愿意。”

b>推销DFX的建议

“在产品的开发阶段，这类建议比较容易被采纳。”Lanigan说，“通过在OEM/EMS关系之间建立合作心态，这些相关设计问题会被解决。在产品的生产阶段，由于没有足够的资源和时间来进行重新设计和重新认证，所以这些建议很难被采纳。EMS厂商可以与OEM一起，承担部分重新设计和认证的工作，同时也分享重新设计后的成本降低成果，来解决这些问题。”

“我们通常会建立设计单板的模拟样板。”Sypris电子（Tampa, FL）工程人员领导William Johnson说，“客户会提供一些简单的设计参数输出，让Sypris建立模拟样板，这样我们就仿真待设计产品的整个设计、印制板制作、单板组装过程，并与印制板制作、单组装、回流和测试的一整套设计规则进行比较。与设计规则相符合就能保证产品组装产能和产品质量。”

“ 有时候， O E M 感到强烈的产品上市时间压力， 所以在原始设计阶段， 他们想略过D F X 过程， 也不与他们的E M S 厂商进行讨论， 将产品开发完成后， 直接交给生产环节。”Steiner说，“许多情况下，马上又要进行升级改板，其实最终时间延误更多，如果制造在海外，那么这种可避免的设计更改的影响就更大了。如果实施了DFX，或OEM设计者与EMS厂商的NPI团队进行公开讨论，那就会取得最佳效果。实现DFX互动而不是让它反过来影响设计周期的关键是提早介入。就像粘土和混凝土一样，要想更改的最佳时机就是在它彻底定型前，也就是产品板级设计时就要参与。”

E M S 业界的最大卖点之一就是EMS厂商是制造专家，其主要核心能力就是制造，所以OEM可以从这些最佳实践中得到好处。就像前面所说，在许多情况下EMS厂商被看作是产品开发的专家或可信任的伙伴，有些EMS厂商则是在产品开发之外。成为可信任的合作伙伴的关键在于：尽早参与设计过程中；有清晰的设计/再设计方法论；能提供书面的可制造性/可测试性设计规则；能够量化节约成本数据，让OEM理解这种投资回报。

这些都做到了，是否就一定保证DFX建议被采纳呢？不一定。尤其在EMS激烈竞争的环境下，有些OEM总是指望通过拒绝实施降成本建议，将设计错误相关成本推给EMS厂家，同时仍然不断迫使EMS厂家降价。

最后，建立成功的OEM/EMS伙伴关系的关键在于：能够明确共同目标，并为达到这些目标而共同努力。

(This article was first published in Circuits Assembly and is

being reprinted with permission)

本文介绍了一种在大批量制造环境中建立的可审核的RoHS指令符合系统的策略。该策略可概述为3PTMAC。其中，3P为无铅工艺开发、无铅工艺审查及RoHS工厂审查；T代表培训（Training）、M代表监控（Monitoring）、A代表审核（Auditing），C代表控制（Control）。本文将重点讨论3P。

引言

如何向RoHS指令的执行机构及客户证明自己已达到该指令的要求，是目前厂商工作的重点。为确定特定实施细节，欧盟委员会成立了一个由欧盟各成员国代表所组成的“技术协调委员会 (TAC,Technical Adaptation Committee)。

T A C 的任务是建立一个可确保满足RoHS禁用物质规定的流程，其中一项内容就是制定一种用于RoHS符合和执行的方法。所讨论的选项包括：厂家自申明、供应链申明，以及市场抽查等。

英国提出了一种“自申明”(”due diligence”)方法，并可能被其他欧盟成员国所采用。与希望制造商证明其所采购的每个部件都不含RoHS规定的有害物质不同的是，欧盟各成员国可能希望建立一种报备证明文件并可审核的系统，来防止不符合要求的制造商的产品进入欧盟市场。如果采用这种方法，则必须制定、实施并验证一种共同的RoHS符合策略。

目前，很多RoHS实施问题仍有待解决。TAC虽未给出明确的方向，但最后期限却在逐步临近，且整个行业还必须向前推进。由于缺乏明确定义的法规或指导性文件，因此采用了行业领导企业常见符合性措施的最佳管理实践，可能会是一种有价值的企业策略。

RoHS的执行与符合

为充分遵守我们承担的法律义务，并确保对客户希望符合/达到RoHS要求提供必要的支持，伟创力公司采取了积极主动的姿态，并制定了相应的RoHS实施策略与方法。该方法可概述为3PTMAC，其中1st P（第一步） 代表无铅工艺开发、2nd P（第二步）代表无铅工艺审查（工厂审查）、3rd P（第三步）代表RoHS工厂审查（RoHS生产切换）、T代表培训、M代表监控、A代表审核，C代表控制。

1st P（第一步）：无铅工艺开发

与低温共晶锡铅合金相比，S n A g C u焊料的熔点更高、湿润性更差。通常，典型的SnAgCu合金熔点介于215～220oC之间，且推荐的回流工艺峰值温度为235～245oC，高于低温共晶锡铅焊料峰值温度20～30oC。更高的回流温度给电子制造工艺及供应链带来了一系列的问题与变数。图1显示无铅焊料的影响。

 

 

 

 

 

 

 

 

充分了解无铅焊料替换对制造工艺的意义极为重要。工艺开发应以一种系统的方式进行，以便找出无铅实施的指导方针。其中一些需要深入调查与了解的问题可分为以下几类：

1. 设计

·PCB设计/布局更改

·工具/夹具设计更改

2. PCB、器件与消耗品

·PCB层压材料的选择

·对PCB表面处理工艺代替锡铅HASL 工艺

·无铅组装工艺条件下的器件有效性与从新审查

·无铅焊料合金选择

·对所选无铅焊料合金的可靠性研究

·无铅焊膏选择

·无铅焊料棒选择

·无铅波峰焊助焊剂选择

·无铅返修材料选择

·兼容性（向后及向前）管理

3.工艺

·回流焊工艺（对回流曲线的要求如何；工艺窗口的大小？）

·波峰焊工艺（对波峰焊接曲线的要求如何；无铅焊料槽的维护有何不同？）

·返修工艺（对返修曲线的要求如何？）

4. 设备

·无铅工艺（更高的温度）对回流炉、波峰焊设备和返修设备的影响

·无铅制造工艺中的设备能力

·对测试与检查设备及程序的影响

5. 质量

·能否在无铅环境中使用目前的工作质量标准？

·切换到无铅工艺后的良率如何？

·可靠性的变化

6. 成本

·制造材料成本是否会增加？

·由更高温度所引起的能耗成本增加对于总体制造成本来说很大吗？

·由无铅工艺可能的良率下降所增加的成本如何？

以上研究工作可由一个团队来执行，并可将研究成果通过培训及信息共享，运用到单个工厂/全球各地制造厂。兼容性问题是我们需要在以下几方面进行考虑的主要问题，包括：材料兼容性（焊料与PCB）、器件兼容性（向后/向前）与供应链管理、设计兼容性、工艺兼容性（回流、波峰焊与返修）、设备兼容性及可靠性兼容性（电化学、机械热力学与机械动力学）等。器件兼容性是我们面临的一个复杂问题，尤其是在过渡期内，当锡铅和无铅材料都有时。正如在EMSF指导书中所指出的那样，BGA向后不兼容，这意味着由于存在以下几个问题，即：自对中效应不显著、共面性不好、焊接界面差以及空洞图 2. 空洞产生（锡铅BGA, 无铅焊膏）排气空洞PBGASnPbSnAgCu焊膏PCB等，致使无铅焊球的器件不能与锡铅焊膏一起使用，除非回流温度增加至225-235oC——高于典型的锡铅回流温度。在锡铅BGA在无铅工艺中组装时，空洞是一个大问题。空洞产生过程如图2所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在回流焊接过程中，焊料中的助焊剂的挥发会产生空洞。焊球一达到熔化温度，所产生的大量助焊剂挥发物质就会进入到熔

在我们将一种移动电话产品工艺从锡铅转换到无铅工艺时，我们即会遇到这种情况（用锡铅BGA和无铅焊膏，我们将其称为混合技术）。0.5mm间距CSP上过大的空洞和连焊所引起的缺陷，是刚开始时最容易出现的两个问题。我们进行了一项简单的焊膏选择研究来减少空洞及提高良率。研究流程图如下：

回流曲线信息列于表2中，表3给出了相应的良率与空洞率。大多数焊料空洞与桥连缺陷都发生在细间距 (0.5mm) BGA与CSP上，尤其是带VIP（焊盘中微孔）设计的细间距BGA及CSP上。但这对间距大于0.5mm的BGA来说并不是一个关键问题。图片2显示带VIP设计的BGA中的空洞截面。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

从良率与空洞结果上我们不难看出，焊膏D是混合技术中空洞性能最好的一种焊膏。

焊膏B 中的助焊剂含量虽然从11.6%减至焊膏C拥有的10.7%，但其平均空洞率并未像预期的那样减少。可见减少助焊剂含量对改善焊料空洞性能几乎没有什么帮助。因此我们能得出一个简单的结论，即：混合技术中的空洞主要取决于焊膏类型与焊盘设计。

2nd P（第二步）：无铅工艺审查（无铅工厂审查）

无铅工厂审查采用同样的测试设备与验收标准，并按一个正式程序、采用一种非常系统的流程、并根据统计数据（Cpk、DPMO及可靠性）及一个“展示能力”模型来对工厂进行审查。一个由来自全球多家工厂及不同职能部门（包括设计、采购、工艺工程、质量、材料处理与研发等各个部门）的代表所组成的全球小组，已参与帮助加快企业有关无铅技术知识的学习。

通过无铅工厂审查，工厂代表（包括来自工艺、设计、质量、采购、材料处理、生产线操作等部门的代表）接受了有关无铅工艺转换过程中的设计、材料与工艺知识方面的培训。同时还向工厂符合实施小组提供了有关工艺开发方面的知识。工厂审查验收根据工艺能力及培训进行，关键是“展示的能力”。工厂审查程序包括“无铅SMT与返修”与“无铅波峰焊”等，已由企业技术组编写了相关详细说明。工厂通过使用已审查设备进行的试运行来展示其在无铅SMT、波峰焊接及返修方面的能力。

 

 

 

 

3rd P（第二步）：RoHS工厂审查（RoHS生产切换）

R o H S 几乎影响到运作的各个方面。我们应该用一种系统的策略来更新我们目前的业务模式，以完全RoHS符合的要求。对于PCBA来说，无铅装配的实际能力是RoHS生产切换的前提条件。下面我们将讨论一种RoHS生产切换策略。

RoHS生产切换程序可简单地描述如下：

a. 成立工作组

b. 利用合适的工具来进行差距分析

c. 制定缩小差距的节点计划

d. 执行计划

e. 系统审核

f. 签署审查证书

 

 

 

 

 

 

 

最重要的是要将RoHS符合性策略贯彻到公司的整个运营过程中。我们会看到实施RoHS需要更新以下三个主要方面：

1.成立一个符合性实施小组

该小组应由来自各部门的人员组成，且他们应定期会晤以评估执行RoHS对当前及未来生产的影响，并执行企业实施组的指示。该小组应包括工程、采购、法律、营销、设计及生产等部门的人员。

2. 制定一个企业RoHS符合性策略与节点计划（时间表）

企业小组的首要任务是撰写一份企业符合性声明，用来表明企业对按时实施RoHS的承诺与准备达到的目标。声明可以是一页简单的文件，以表明企业准备“明确地遵守我们承担的法律义务”，“并保证对客户希望符合/达到RoHS要求提供必要的支持”，它还应包括符合日期。正式文件用来回答客户有关RoHS实施的询问。

3. 制定客户沟通策略

需开发一套客户沟通工具，以定义我们的责任，我们希望客户为支持RoHS符合所需完成的工作，以及我们的进度安排等。

4. 供应商审查

制定一个有关供应商信息的文件包，供采购人员使用，并在进行采购决策时提供有关供应商是否满足RoHS要求的文件。我们应对供应商的资格进行审查，以通过供应商审核或调查来确定其RoHS准备度水平。

5. 业务系统更新

（1）制造商的料号

我们应要求所有器件与易耗品供应商在其将产品与器件转换成RoHS符合时，都更改其产品料号，因为符合与非RoHS符合的材料拥有同样的产品料号，将导致生产时错用材料的风险。

（2）客户的料号

我们应该与我们的客户进行及时沟通，要求他们在其将产品从不符合要求转换到符合要求时，更改其可用BOM器件的料号 (CPN) 。保证我们在工厂的所有工艺流程中拥有RoHS符合器件的唯一CPN非常关键。几乎所有材料管理，如入库材料、生产材料、材料检查单及其他材料等，均应用CPN来作为标识。如果没有唯一的标识（CPN更改），将会导致以下一项或几项错误行动：

• 清理与分离旧库存管理易耗品清单(FIFO)管理过剩与废弃 (E&O) 的旧库存等

尽管在所有情况下都必须进行E&O分析与管理，但符合与不符合要求的材料拥有同样的CPN会导致在生产中使用错误材料的危险。因此，正确的清理与分离非常重要。

（3） 材料符合性信息数据库

重要的是要了解供应商所提供的产品中使用了哪些物质，以及有关材料工艺数据的信息。根据行业标准及客户要求所设计的材料申报项目表可用来获得这些信息。企业必须建立一个数据库，用来载入有关供应商及其产品的相关信息，以便我们能用它来确定材料的符合性。数据库应能在整个生产过程中共用。所有部门均应能访问该数据库，以便获取料号、搜索供应商、清理BOM以及设置工艺流程等。

（4） ERP系统

我们最好能在ERP系统中标记材料的RoHS符合状态，以便确定这种材料是否RoHS符合并已获批准。

（5） ECO程序

对客户文件及其产品的任何更改均应该是正式的，并符合正常业务工作程序。标准ECO程序应更新为：适应在管理一项RoHS符合更改时可能遇到的各种情况。

6. 材料

生产中的RoHS符合将从材料验收开始，在此处可根据是直接还是间接（材料清单上没有）材料来区分其是否为合乎要求的材料。这些新材料可能需要进行测试检验，从而需要一定的手段和程序。

（1） 输入质量检查

必须在材料可被接受并进行储存与使用前，进行材料符合性检查。输入检查或接收检查程序需更新为包括最低要求即：CoC（符合证书）、实验室测试报告与符合性标记。通常，当产品中所使用的每种元件按首检程序接收时，都要生成首检报告。

一旦进入生产，应采用标准工艺控制措施来管理与例行生产风险有关的材料。应规定非BOM材料的特殊标记，以将其与其他产品分开并确保符合行业标准的相关要求。

（2） 入库与储存

R o H S 符合和/ 或无铅B O M “ 直通”（direct）材料，不需要特殊的储存管理或区分，只要器件或产品拥有唯一的客户料号即可。对R o H S符合的器件来说，一个特别需要注意的问题，是对潮湿敏感器件的处理，因为对RoHS符合的器件来说，其潮湿敏感等级会有变化。

（3） 直接采购的材料

当我们进行采购时，如果有机会在RoHS符合的器件与非RoHS符合的器件之间进行选择的话，我们应总是优先购买RoHS符合的器件，因为这样，我们就可能减少未来材料过剩与废弃的风险。我们还最好以产品切换来为客户服务并减少潜在的材料责任。

（4） 辅料管理

辅料有可能在其作为易耗品（焊棒、焊膏、环氧树脂及溶剂等）使用或作为辅助工艺来完成产品时以禁用物质来污染产品。建议在采购、标识、储存及特殊处理时都要经过一个特殊的批准程序。

工厂中辅料的清晰标识，对于确保其在制造过程及产品中的正确使用非常关键。而且我们应该确保在仓库中将非RoHS符合的材料与RoHS符合的材料分开，以避免发生任何意外的混淆。

7. 制造

（1） 工艺设计、设备与工艺控制在理想情况下，R o H S符合或非RoHS符合要求的工艺应分别使用专用设备与工具。这可在共用资源时减少发生污染的风险。由于确定专用设备的因素分别为混合/批量/要求及客户要求，因此我们可能需要在RoHS符合产品生产的起始阶段共用某些资源。理想的生产切换应保证产品不受工具与设备的污染，应为适当的产品建立适当的程序与标准等。

（2） 制造过程中的材料与产品处理

基本思路是尽可能地按目前的工艺流程来处理R o H S符合器件与装配元件。这可通过用唯一的料号来标识RoHS符合的器件来实现。在运输受限物质或与非RoHS符合的器件时，共用储存与运输设施时是没有污染风险的。唯一的风险是材料受热或加有机械外力。

（3） 辅料处理

对在RoHS符合/无铅生产的车间所使用的所有RoHS符合的非BOM材料均必须进行标记。所有位于同一位置、生产符合及非RoHS符合产品的工作区，应在改变工艺时执行严格的工艺控制。

（4） 审核

目前执行的审核程序和/或清单应包含用于RoHS符合的额外审核步骤，包括：每一工艺控制程序中的辅料分离、辅料的适当标记、制造工艺指示中的RoHS工艺标识、标有用于RoHS工艺的生产线，以及用于RoHS工艺的工艺设置等。

（5） 符合性验证测试

尽管培训供应商与采购经理是符合策略中的第一要务，但还应该根据高风险器件的存在来制定相应的测试计划。也许不需要测试每一个器件，但我们必须拥有采用已批准方法、合理且基于风险的测试步骤。

x射线荧光显示技术(XRF)作为一种分析RoHS符合性的技术受到人们的特别关注。XRF不仅具有非破坏性、可提供实时分析信息、而且还能用来分析各种元件。由于XRF只能检测元件，因此在大多数情况下它必须与其他分析方法一起使用才能实现全符合性确定。手持式设备不仅容易使用，（尽管受数字结果不确定性的限制以及对镉的低灵敏度等），而且是一种可用来检测各种产品材料中基本RoHS物质的出色显示工具。

产品RoHS物质限制的发展需要有一项参考标准来客观地定义分析测试结果。国际电工委员会 (IEC) 已成立一个专门委员会来满足这一要求，并预计于2006年RoHS实施截至日期以前颁布一项IEC RoHS测试标准。

最后几步是制定相关文件以及采用并定期评估收到的信息质量。测试与符合性文件应可审核，以确保可信度与有效性。

（6） 废弃物管理

器件与产品的废弃处理主要根据WEEE指令与知识产权义务及其他当地和国际环保规定进行。

（7） RMA

RoHS符合性计划没有覆盖目前正被最终用户所使用的非符合性产品，这意味着需要使用非符合性材料与工艺来生产和修理非符合性产品，即使在已确立的符合性截至日期以后仍可发运给最终用户。RoHS符合性计划的范围仅适用于新产品。

T: 培训

培训是成功实施无铅工艺及整体执行RoHS要求的关键要素。培训还在与组织机构就其工厂内部每个人员的作用、角色及责任的沟通中扮重要角色。培训课程主要瞄准以下三类员：操作员、工程师、管理层与其他间雇员。我们可按以下内容来设置培训课程：

1. 对操作员的RoHS知识培训

2. 对检验员的无铅焊料联合检验培训

3. 对管理层的RoHS知识培训

4. 对供应商质量管理部门的质量培训

5. 对工艺设计、设备工程、测试工程及质量部门等的无铅技术培训

6. RoHS生产切换培训

除以上培训外，相关部门还应接受可审核RoHS符合系统中所有已更新、或最新形成的程序培训。

M: 监控

应将质量工艺审核单更新为包含RoHS要求，然后我们再根据它来制定RoHS工艺控制计划，譬如制定监控计划等。

A & C: 审核与控制

应执行严格的审核与控制（ 包括R o H S工厂审核与执行中的质量审核等）以确保整个工艺流程中没有非RoHS符合的地方。功能强大的可追溯系统可用来确保无材料混用及错用等情况发生，这对于实施RoHS来说极为有用。

为了保证新产品的成功开发，有必要将DFX（卓越设计、可制造性设计、可测性设计等）集成到公司文化中，必须要保证公司各事业部开发的产品是可生产的，具有高的制造/测试直通率和低的组装和返修人力投入。如果产品设计得当，它们是可以顺利导入量产的。

本文将阐述如何将DFX作为开发过程的一个基本需求，以实现产品设计的成功，这一过程涉及制造与测试工程、制造和/或合约制造商、质量、物料和其它功能角色。物料团队必须考虑物料清单的元器件风险，质量团队必须分析产品以保证可靠性。在各流程环节中要有相应活动，以确保高质量的DFX评审。项目经理必须要保证相应角色都参与产品开发过程，并遵守相应流程开发过程。本文也给出了整个开发流程和具体活动要求的例子，如DFM报告，PCBA布局审查，物料清单(BOM)分析，质量分析和项目衡量等。

成功实施DFX的另一个关键因素就是要尽早与设计工程团队进行沟通。在项目正式启动前就要经常进行工程讨论。在该阶段，就基本确定了产品特性和元器件。通过真正将DFX活动集成到公司文化和每个产品的开发活动中，就能将利益最大化，最终产品具备量产能力，同时制造成本低。

Richard Tormet, Cisco Systems

产品开发过程

当DFX集成到产品开发流程中，其执行力度会得到大大地加强，这一工作的基础就是要上层管理者的支持，当管理层确认DFX是必要条件时，执行推动起来就很容易了。

在思科，成立了一个团队开发“大工程方法论”（简称GEM，Great Engineering Methodology）流程。该流程定义了思科开发产品所必须的各个步骤，所有大的产品开发项目都必须利用该流程模板，它包括必须达成的关键里程碑、团队功能和文档，图1显示了新产品开发过程。需要注意的是，它描述了产品从概念阶段一直到生命周期终结的整个开发周期，时间顺序是从左到右。漏斗型代表需求的收集，中间部分代表产品的开发，右侧部分代表产品的应用周期。

流程中关键里程碑包括：产品需求文档（PRD），它定义了产品的设计需求；概念交付会议（CC）；设计实施交付会议（EC）；制造和测试计划定义（制造计划）；工程设计验证测试（DVT）；技术就绪评审（TRR）；订单就绪评审（ORR）；原型机生产；DFX评审；产品发布生产；试制；可靠性验证测试（RDT）；常规可靠性测试（ORT）；产品首次发货（FCS）；达到质量和生产量要求的时间（TTQV）和产品开发后评估（PPA）。上述里程碑大多数都会在本文后面章节中作进一步阐述。

需要注意的是：这是一个并行开发流程。在流程中，DFX的评审意见反馈贯穿在整个开发活动中，它们需要尽早地得到更改实施，而不是等到相应活动结束后再反馈或更改。

在思科，所有的项目文档，如PRD、DVT计划和结果、TRR、会议纪要等都是电子文件归档，并可以通过内部局域网访问。

卓越设计（DESIGN FOR EXCELLENCE）

卓越设计的一个重要内容就是开发可制造性设计(DFM)指引文件。一套好的DFM指引文件将为所有的CAD设计者提供通用DFM规则参考点。我们认为任何产品的设计既要保证在自己工厂处可制造性良好，也要保证在世界任何地方的合约制造商（CM）处可制造性良好。

通常，CM厂会有它们自己的设计指引文件，所以必须对它们进行评审，以保证不会与自己工厂的设计指引相矛盾。另外，需要有一个跨功能指引维护团队，他们对设计指引文件进行升级维护，这个团队应包括新产品导入工程师（NPIE）、CM厂家人员、PCB制作专家和CAD设计人员等。

与设计者尽早地进行协作讨论是必要的，产品的工程工作经常会提前开始，有时会在项目组收到正式启动通知之前。即使在早期设计中确定的产品特性也会影响到可制造性，包括但不限于以下内容：

1、PCB尺寸

2、PCB制作材料类型

3、需要特殊处理的元器件

4、正面还是底面布局

5、PCBA安装部件

6、电路总体框架结构

另外，如果设计工程团队能与NPIE支持团队进行协同工作也是非常有益的，这将方便双方协作讨论。当然，设计工程团队的核心职责是产品设计，但他们也为其它团队提供了输入，特别在产品需要考虑的设计约束条件方面。这种在设计者和支持团队之间不断进行的互动，将有利于产品开发朝设计最佳化方向发展，例如采购人员与NPIE和设计工程师一起协同合作，使产品尽量减少使用专用和独家供应商的元器件，同时尽量减少元器件种类。工程团队也负责电子和结构设计的验证测试，产品必须在发布生产前测试通过。

由于思科大部分制造都是由合约制造商完成，所以他们的反馈是DFX过程的重要组成部分，这要求他们对设计进行评审，同时对每块单板及每个结构组件都反馈评审意见。 这种反馈将包括拼版、夹具需求、制造问题、成本等设计建 议，同时给出Hot/Warm/Cold重要等级清单。

合约制造商的DFM反馈中给人印象最深的单元之一就是提供设计造成缺陷的成本影响，NPIE将问题反馈设计者处实施设计更改时，就有了很好的影响衡量依据。图2是一个典型CM厂评审问题反馈的Hot/Warm/Cold清单。注意在第五列是相应的成本影响，第二行表示这个一个Hot（严重）问题！单板的装配行程区域内元器件，CM表示由于该问题需要浪费3.73美元成本。当拿着这些清单，与设计者就避免该问题进行“谈判”时，有成本信息就有了强有力的辅证。有时这些更改是容易实施的，注意第五行的问题是阻焊与测试焊盘之间间距太近，这只需要设计者修改封装库，就可以避免CM厂浪费0.34美元/单板。即使单板是在自己工厂加工，制造部门也应该提供类似的评审反馈意见。

也应收集元器件供应商的评审反馈意见，如PCB制作供应商可以提供有关PCB制作的重要反馈意见，如叠层结构和在制板利用率等，这些意见应该考虑到设计中。

一个经常不被注意的领域是供应链管理。为了支撑产品制造，必须保证产品所用物料具备批量供应能力。元器件供应商和组装业者必须是可靠且可规模上量的。物料团队必须评审物料清单的风险，需考虑的要素需要按照元器件、导入时间分析、专用和独家供货元器件审核进行排序。全球供应链管理团队必须制定供应商策略，以达成各种相互冲突目标的平衡。太多的物料供应商会造成订单稀释、批量减小和平衡困难。另一方面，一种元器件只有一家供应商将会大大地增加中断供应的风险。每种独家供应的元器件都应该有风险缓解计划，这一计划可以包括比正常多采购一些存货和/或签订合同以保证供货。在产品发布生产前对物料清单进行多次评审，以尝试降低独家供货元器件的数量是非常值得的。寻找并测试独家供货的替代元器件的工作，在产品开发期间进行是非常有利的。产品导入后，工程和支持团队都转移到其它产品开发团队中，那时要进行器件替代就更为困难了。

在产品开发过程的这一时期，要多进行整理合并BOM，以减少元器件种类数量，这通常可以通过合并那些标称值相近的元件得以实现。图3是一个BOM风险分析示例，它表示了两个主要分类——具有高风险等级的元器件和独家供货的元器件。注意，图3的底部信息表明：该产品物料清单中有10种元器件是独家供货。它们中的每个独家供货元器件都应该有一个风险缓解计划，或启动元器件替代工作。

测试工程是另一个重要的领域，在许多方面它比组装还重要，这是因为我们大多数产品的测试时间比组装时间长。

测试工程团队首先要评审原理图和产品的整个可测试性设计，然后他们要制定测试计划，开发测试装备以满足既定的生产节拍要求。原理图评审主要是看是否合适进行测试，是否有在线测试（ICT）接入通道。单板布局评审主要是审查单板是否可以物理接入测试点，而后就启动ICT开发了。

我们的目标是实现100%的物理测试接入，一般单板都可以达到这一目标，在数字单板上能非常接近该目标（约98%）。测试工程与软件工程协同开发测试软件，这一过程较快，并可实现单板在测试条件下的功能运行。

对于每个新测试程序，测试工程也会为可靠性验证测试（RDT）开发测试程序，这样就可以确保最终产品符合可靠性目标。对早期制造环节中的测试直通率进行评审，以确保提高组装直通率。只有产品的RDT直通率很高时，产品开发项目才能进入到下一个里程碑。然后生产启动常规可靠性测试（ORT），这个活动将贯穿整个产品生命周期，并从生产线抽取样品进行测试，期间任何失效都需要工程人员进行分析。运行测试装备是基于Web的工具，这样，任何单元的测试结果和生产测试数据都可以通过电子文件存档，其文件也可以在世界各地查阅和评审。

其它需要参与DFX团队的有质量团队和用服团队。质量团队评审物料清单并用它来计算MTBF（平均故障时间）指标；用服团队需要评审可服务性设计问题。

需要有新产品导入工程师（NPIE）角色，作为在工程和制造之间的桥梁。这一角色有一个核心责任就是要协调DFX活动。NPIE收集并整理来自CM厂、供应链、物料、测试，以及质量团队的需求/评审输入，以确保设计具有可制造性。NPIE还负责技术就绪评审（TRR），在该节点，从技术角度对设计进行评审，以确认是否可以进行生产。

评审的主题包括PCB和PCBA技术、BOM问题、原型机直通率、合约制造商的DFM反馈、软件准备、测试计划，以及电子/结构设计验证测试结果等。评审发现的主要问题将会文档化，并要求在订单就绪评审（ORR）前解决。

NPIE的职责之一就是评审单板布局的DFM问题，这项工作可以借助CAD评审工具而非常便利。在思科，我们用的是Valor公司的软件系统，由于所有的思科业务部门都使用同一评审软件，所以评审结果可以在不同的业务部门之间进行比较。图4是Valor软件工具窗口的示例，注意在左下部弹出的窗口表示违反间距要求的说明。这一评审工具还有一个特性就是能放大每个违反处的视图，以方便评审和分析。评审使用的工具至少应该可以提供元器件间距违反、制作结构和走线/焊盘间距违反、识别点正确应用和测试点通道验证等指示功能。

原型机和试制阶段

从工程角度，有必要开发原型机，以验证一个新产品的运行情况。然而，该阶段还有其它的好处，如收集原型机生产的缺陷数据。以思科为例，我们会收集CM厂提供的目视检测数据，NPIE会关注那些由于设计不良导致的缺陷，如焊点焊缝不良，焊点缺陷和拼版不当等。一般地，我们会要求进行X-Ray检测，特别是对于BGA焊点，以确保焊点质量。在该阶段，产品是可以进行更改的，如优化表贴焊盘设计等。另外，需要开发工装夹具和特殊工艺，如通孔回流焊。如果需要，此时可以对拼版方式进行优化。通常由于原型机的加工不止一次，所以CM厂在原型机生产阶段可以采取试验方法，其目的是为了在产品试制前，充分开发工装夹具和进行特殊工艺验证。

开发原型机的目的是在产品生产发布前进行工程验证。在生产发布后，需要进行试制，试制是确保所有组装、测试和辅助工艺完备。增加测试工序加工是确保产品有正确的整个工序订单记录，并导入订单管理系统。试制生产用正规的生产工艺和工装夹具，它包括PCBA组装和产品组装。要收集ICT测试和每块单板/产品功能测试的直通率数据，报给NPIE并进行分析。最后，对产品进行包装并发货，以确保产品发货操作处理工作正确。此时，一旦产品进入量产阶段，责任就转移到供应支撑工程师，他将承接支撑任务。

项目管理

项目管理在产品开发过程中扮演着非常重要的角色，项目管理人员负责项目团队会议，确保物料能满足生产量的要求，确保产品开发遵循项目衡量要求并将项目进展情况文档化。在DFX方面，他们负责确保NPIE、测试工程团队和CM厂工程团队开展各自的DFM分析工作，他们也要确保已经进行了BOM风险评估，如果需要还有风险缓解计划。在产品下线前，项目管理人员负责订单就绪评审（ORR），该评审控制试制直通率、物料上量计划、BOM风险问题和相应的风险缓解策略等相关信息。

项目管理人员除了要确保产品首次发货的产品下线，也要保证项目达成所需的质量和生产量要求的时间（TTQV）目标，这就意味着发货量已经达到预期生产率要求，同时达到了测试直通率目标。虽然我们通常关注产品首次发货(FCS)，实际上，达成TTQV目标才是更重要的。

项目管理人员也负责收集各方意见，并负责产品开发后评估（PPA），文档化本项目的经验教训，为后续项目开发过程提供借鉴。这样，随着一个个产品开发的经验累积，公司的开发流程就能不断地得到完善。

在思科，我们用项目“衡量”来量化整个设计过程是否成功。图5是一个典型的项目衡量窗口，注意它涵盖了不同的项目需求，如计划要求、BOM风险分析、测试覆盖、MTBF计算等。在第4、5条中强调的是关专用和独家供应元器件的供应链策略，第6条要求物料清单中没有高风险的元器件，第12条要求Valor评审没有遗漏严重违反的问题，第13和14条要求测试覆盖率要大于或等于98%，第15条要求计算得到的MTBF除以需求文档的目标值在96%以上。在订单就绪评审时进行项目衡量，这一衡量结果将电子归档，公司所有员工通过公司的局域网都可以访问。

从以上讨论我们可以看出：DFX的输入来自许多领域。如何汇总这些评审意见和各部门的职责应该在DFX需求指引文件中文档化，它至少应包括以下内容：

1、NPIE和测试工程团队对原理图进行评审

2、CM厂对PCB制作和组装进行评审

3、NPIE对PCB制作和组装进行评审

4、ICT/测试工程团队对DFT进行评审

5、供应链管理团队对物料清单进行分析

6、NPIE进行原型机和试制生产的直通率分析

7、质量团队评审

8、用服团队评审

总结

有时这种结构化的文档和评审流程看起来比较繁琐，流程可以随着时间发展，同时也可以根据需要进行不断地调整。流程所需的文档和里程碑驱使我们考虑取舍，并在正确的时间做出必要的决定。从过去的经验中我们发现：当我们尝试裁减开发流程时，在随后的开发过程中将会遇到更大的问题。

总之，我们相信DFX要推行成功，需要将其高度集成到公司文化中。本文已经讨论了：彻底的DFX需要来自各部门的不同团队的输入，有些甚至是来自于公司外。要成功实现 强有力的DFX，需要项目管理层严格按照流程进行操作，我 们的经验表明，尽早与设计工程团队进行讨论沟通将非常有 利。

最后，成功在于不断地持续改善！

摘要

本文介绍了一系列球间距为1.0mm的PBGA在线路板上的焊接试验，经X光和超声显微镜（CSAM）检测，有短路、分层等焊接缺陷产生。试验中通过对热屏蔽模量的测量，评估PBGA封装体的翘曲以及潮敏等级（MSL）与PCB组装结果之间的关系。试验结果表明：PBGA器件封装体的翘曲和无铅回流温度的升高是导致焊接缺陷增多的根本原因。

随着PBGA器件尺寸不断增大，硅芯片（die）尺寸的减小，封装体本身的翘曲也在逐渐增大。大的PBGA封装体（35mm以上）在IPC/JEDEC 标准中被明确标出，湿度/温度在MSL-3/260℃情况下，回流过程会引起PBGA器件封装体更加严重的翘曲，从而导致回流后PBGA的周边焊球更容易产生短路。

传统的锡/铅焊接工艺中，PBGA封装体的翘曲以及MSL与焊接结果是相匹配的；而在无铅焊接过程中，回流峰值温度要升高，原来的标准中与之匹配的翘曲度及MSL与无铅组装结果不再相符。

本试验的目的，就是通过对不同封装尺寸、湿度等级的PBGA组装焊接试验，找出适合无铅焊接温度下的PBGA封装体翘曲度与MSL，加入到IPC标准中，通过热屏蔽模量的测量结果分析，指导球间距为1.0mm，不同封装尺寸，不同硅芯片尺寸的PBGA的无铅组装。

试验内容介绍：

IPC/JEDEC J-STD-020C 对器件封装体MSL分类制定了标准，并明确指出：器件生产厂商必须注明器件的封装类型以及满足生产的湿度等级/温度（回流焊接过程中峰值温度）。在该标准中，器件湿度等级是建立在电气测试结果以及在指定的湿度等级和回流峰值温度范围内C-SAM破裂/分层检测基础上的。

J-STD-020C中有一个潜在问题，那就是遗漏了一个要求，即评估器件本身高温封装时，器件基板的翘曲及MSL与PBGA组装过程中高温回流间的匹配关系。

了解高温封装器件本身的翘曲，可以更好地进行含有PBGA的线路板组装。现在J-STD-020C中的测试数据没有描述高温封装器件在无铅组装中翘曲度与MSL的匹配关系，现有标准中只是说明室温下标准封装的元器件翘曲与MSL的匹配关系。

本试验使用的是装有大量焊球的PBGA，因为该器件在高温封装过程中已发生过器件基板本身的翘曲，而在无铅回流过程中又要承受一次高温冲击，器件基体的变形易引起焊接短路、断路、分层等焊接缺陷。热屏蔽模量测试方法可以测量PBGA超出翘曲度时，MSL对SMT组装的影响，测量是从室温到无铅回流峰值温度260℃情况下进行的，图1是典型的PBGA热屏蔽模量与翘曲度的关系图：

由于器件材料与PCB热膨胀系数不同，线路板在回流焊接过程中经受高回流峰值温度时，PBGA器件基体因焊料表面张力的作用翘曲变得更严重；在同一测试过程中，器件的湿度越大，回流后器件翘曲度亦越大；以上两种情况都可直接导致焊接缺陷的增多。图2为PBGA器件经回流焊接试验后的翘曲情况和结果。

从室温下开始加热后（图2.a），器件先是凹形翘曲的， 随着焊接温度的逐渐升高， PBGA 封装体变软，伴随着焊料和BGA焊球的熔融，焊料表面张力增大，拉动器件封装体周边下榻，焊球间焊料相连形成短路（图2.b）。

在这一过程中，回流焊峰值温度越高，器件封装体变形越厉害，形成短路的可能性越大；待PBGA进入降温阶段，封装体逐渐变硬开始反弹，而由于表面张力的作用，相连在一起的焊料球不能完全分离，焊料固化后形成短路焊点（图2.c）。

多次试验证明，PBGA焊球发生短路的几率与焊接峰值温度有关，高于熔点的温度越高，产生短路的可能性越大，而同样的翘曲度，器件湿度越大，产生短路的可能性也越大。

上述试验证明：当PBGA用于无铅焊接工艺时，因回流焊接温度升高，导致短路几率会加大，所以PBGA器件生产厂商一定要保证PBGA封装基体的平整度，减少翘曲，把湿度降到最小，同时采用良好的包装材料，确保PBGA与空气隔绝，使用时严格按照标准操作，减少器件暴露于空气中的时间。

试验目的：

1、确定封装尺寸与芯片尺寸如何匹配，器件高温封装及回流时基体翘曲最小。

2、判定无铅焊接工艺中，器件封装体湿度等级与翘曲对SMT组装的影响程度，重新确定IPC J-STD 020C中与焊接温度相匹配的MSL，消除SMT组装中湿度、峰值温度与焊接缺陷的不匹配性。

本研究选用了九种不同封装尺寸/MSL的PBGA（见表1），封装尺寸23×23mm～37.5×37.5 mm，球间距1.0 mm，芯片尺寸5×5～11×11 mm，器件封装基体为四层金属层，BT厚度为0.56～0.61 mm。PBGA封装图如图3所示。

试验工艺流程（如图4所示）：

1、对器件进行预处理。首先在 125℃温度下烘烤72小时（除湿），然后在 30℃/60%环境下放置 192小时(执行IPC/JEDEC J-STD-020C MSL-3)。

2、将器件贴装到2.26mm厚、高Tg、FR4材料，焊盘直径0.5mm的裸焊盘的八层线路板上。

PCB类型为浸金和浸银两种，焊膏使用的是TYPE 3分别为锡铅和无铅两种免洗焊膏；模板开口为0.432mm，正方形和φ0.076mm圆形。回流炉为强制热风炉，用热电偶测温仪监控器件表面温度，回流峰值温度设定在240～260℃。

使用X 光检查焊球是否短路， 用C-SAM 观察内部是否分层。断裂测试中通过对热屏蔽模量的分析，统计PBGA器件在回流过程中的翘曲变化。屏蔽模量的测试属于非接触式测试，可测出焊点表面因温度变化而改变的具体情况，3-D模量测试结果如图5所示。

最大，最小的翘曲变化在图中明显不同，（+）号表示凸起（封装体四周下榻），（—）号表示凹陷（封装体四周上扬）。热屏蔽模量测试是专项测试，即：只将PBGA组装到PCB上，而不是整板组装的测试。

试验分两部分： 1 、组装烘干后的P BGA 器件； 2 、组装烘干后并按MSL级别处理过的器件。测试中使用的PBGA器件焊球与封装体相连处的焊点并未做过测试，可能有焊接缺陷存在。

测试结果与结论：

试验1：评估传统的MS L标准：样件A和B样件A按照J-STD-020C 中MS L标准，进行MS L – 3处理，然后采用无铅焊料及无铅焊接工艺贴装到PCB的指定位置，回流峰值温度设定为260℃。

样件B中所用芯片是硅基的，尺寸与样件A的不同。按照J-STD-020C 中MSL标准，对PBGA进行MSL-3湿度处理，然后所有材料均采用无铅焊料及无铅焊接工艺贴装到PCB板上不同于样件A的位置，回流峰值温度设定为240℃和250℃。

测试结果见表3：C-SAM及X-RAY分析样件A的结果，如图6所示，按照JSTD-020C标准，在MSL-3/260℃条件下，通过C-SAM测试，但在X-RAY测试中焊点短路现象非常严重。

样件B中所用PBGA，按照J-STD-020C 中MSL标准，进行MSL-3湿度处理，然后采用无铅焊料及无铅焊接工艺贴装到PCB的指定位置，回流峰值温度设定为250℃，能通过C-SAM测试，但在X光测试中，焊点短路现象仍然存在；如果对PBGA器件进行烘干处理后马上进行组装，在回流峰值温度设定在240℃时，即可通过C-SAM超声测试也

能通过X-RAY短路测试。

该试验结果与图2的说明比较，得知器件温度翘曲模量的变化与MSL及回流峰值温度相关，通常湿度越大，回流峰值温度越高，器件温度翘曲模量越大。

结论：元器件湿度越大→器件温度翘曲变化严重→板极焊接缺陷增加，因此，J-STD-020 MSL分类标准中，应加入回流峰值与之匹配的MSL对板极组装产生的影响，让SMT厂家成功实现PBGA的无铅焊接。

试验2 ：芯片尺寸的影响：

表1中的样件C—F是用于研究硅芯片尺寸在无铅焊接过程中的性能表现，在样件C-F的试验中，封装体尺寸均为37.5×37.5mm，芯片尺寸为5×5～11×11mm，其中C无芯片，温度翘曲模量测试是在MSL-3及干燥条件下进行的，回流温度在25～260℃进行，温度翘曲模量测试结果如表4所示，组装结果如表5所示。

图7是四种不同芯片的PBGA在不同温度下翘曲模量，图8是不同芯片的PBGA在相同温度下的翘曲模量。图9中，元器件尺寸为37.5×37.5mm，芯片尺寸为8×8mm（E），增大湿度，升高回流峰值温度，其结果是湿度翘曲模量增大，焊接缺陷增多，焊接回流温度是在SN-PB 220℃，无铅 260℃条件下进行，焊接结果用3X放大镜目检。

样件C-F PBGA试验结果证明：

同样封装尺寸的PBGA，随着芯片尺寸的变化， 在无铅焊接过程中， 产生截然不同的结果，X光分析，芯片为1 1×1 1mm的PBGA在峰值温度为260℃的无铅工艺条件下，焊接结果最为理想。样件C-F试验中，其它芯片尺寸均以PBGA焊球短路而告焊接失败（包括无芯片PBGA），而C-SAM测试则显示按J-STD-020C MSL标准，在干燥/ 260℃条件下，样件C-F均能通过CSAM测试。

上述试验结论为以后修正湿度/温度， 翘曲度与成功无铅焊接， 以及MSL分类标准提供了强大的实际应用支持。

试验3 ：封装体尺寸的影响：

表1中，H . I则是对不同封装尺寸的PBGA执行无铅焊接时的试验。试验中，芯片尺寸均为5×5mm，封装体尺寸为23×23～37.5×37.5mm，翘曲模量是按MSL-3和干燥两种条件下，从25～260℃温度范围内进行的，温度翘曲模量测试结果如表6所示，组装结果如表7所示。

图10翘曲模量显示，随着PBGA封装尺寸的增大， 器件翘曲度的变化量也随之增大，封装尺寸为35mm的P B G A 其翘曲度的变化量是尺寸为27mmPBGA翘曲度变化量的2倍。

湿度与回流峰值温度对翘曲度的影响可参考试验2的结论，封装尺寸与翘曲量的试验结果见图11，分别是SN-PB 220℃，无铅 260℃条件下进行SMT组装。

组装结果表明： 35mm ，37.5mm两种封装尺寸的PBGA（样件I、D）无铅工艺(见表7)，当封装尺寸小于等于27mm时SMT组装过程中，未出现短路现象，C-SAM分析小于等于27mm的PBGA封装，（MSL-3，干燥）/260℃环境下，均符合J-STD-020C标准，样件G、H，满足J-STD-020C，C-SAM标准，小封装PBGA适合无铅焊接工艺。

样件I、D，则要修正J-STD-020CC-SAM标准，才能满足大封装PBGA的无铅焊接的工艺要求（上述试验中，BGA球间距为1.0mm。毫无疑问，球间距的大小会对焊接结果有直接影响，翘曲对小焊球间距影响更大，从而对焊接结果影响也更大）。

翘曲模量与板组装之间的关系：

通过对球间距1.0mm，封装体尺寸37.5×37.5mm的不同材料的PBGA，在不同的MSL/回流峰值温度情况下的试验，总结出翘曲模量的极限数据是8mils，翘曲度大于8mils，PBGA器件四周焊球短路，当翘曲度小于8mils，不会出现短路现象。

试验结果表明，封装体的翘曲度直接影响PBGA在PCB上组装时，PBGA四周焊球短路的发生率，尤其对于1.0mm间距的PBGA，因此组装前通过热屏蔽模量的测试数据评估PBGA在无铅SMT组装中的匹配性是非常重要的。

结论

在高湿度和高无铅焊接回流温度情况下，使PBGA封装体翘曲度增大，导致BGA焊球短路，产生焊接缺陷。此外，PBGA封装体的翘曲与封装体和硅芯片的尺寸相关，减小封装体尺寸，增大硅芯片尺寸，可以减小PBGA封装体的翘曲度。

大的PBGA封装体（大于35mm，1.0mm球间距）可以通过传统的湿度/回流峰值级别分类测试。当封装体翘曲度较大，会引起PBGA四周焊球短路，从而导致组装失败，而封装体尺寸小于27mm的1.0mm间距的PBGA，因封装翘曲较小，可以顺利通过组装而不会出现焊球短路现象。

我们的试验显示， 传统的I PC /JEDEC湿度/回流峰值温度分类标准，包括PBGA封装体翘曲参数，应该得到修正，以保证PBGA无铅SMT的可组装性。

致谢

在本项目的开发工作中得到了位于新加坡的 Agere Systems团队的支持，在此表示感谢。同时，向 Budi Njoman,Simon Chua, and Sam Kitiplanunt致以特别的谢意。“Originally published in the proceedings of the SMTAInternational Conference, Chicago, Illinois, September 2004.”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

电子产业供应链已经承受了各种全球化的挑战和影响：地震 (中国台湾，1999年)、千年虫(全球，2000年)、非典爆发(中国，2002年) 和恐怖袭击(全球，2001年至今)。事实上，供应链方面的高级管理人员都十分急迫地想预测出下一次全球化挑战将来自何方。对此，芯片生产企业IDT负责全球组装和测试运行的副总裁Anne Katz说：“我们想象不出哪些挑战没让我们碰到过”。

显而易见，日益发展的电子行业全球化进程已经使供应链管理比以往更为复杂。即使有了那些有助于弥合时间差的技术，例如电子数据交换（EDI）和其他实时交换供需数据的技术，业界还是无法弥合实际距离之间的差异。比方说您的原材料需要“大约”5周的时间从美国运抵中国，那么准时（Just-in time，JIT）生产就难以实现。让正确的原材料以正确的价格、正确的时间运抵正确的目的地，这样的问题仍然在困扰着这个世界上最大的制造行业。

在当今供应链管理人员所面临的众多挑战中，有以下三种突出的全球化趋势。首先是所谓的“成员激增”，即供应链上的每个成员往往都仅在一个领域有专长，它增加了设计和组装最终产品所需要的供应商及生产工序的数量。其次，日益强化的监管环境（包括RoHS指令）正促使许多（但不是全部）电子企业向“绿色”发展。这又将要求供应链同时对含铅和无铅元器件进行处理。最后一点则是与中国有关的问题：电子行业向这个低成本制造大国的转移已经为“远距离关系”（long distance relationship）这一术语赋予了新的含义。

对于这些挑战，供应链已经变得游刃有余，而原始设备制造商（OEM）们则日益依赖于他们具有这些能力的合作伙伴：例如特快专递（EMS）提供商和经销商，他们可以通过单一的采购点汇聚大量的原材料，然后将这些原材料配置给供应链上的各个成员。但是专家警告说，要想应对RoHS和中国问题的挑战，仅仅依靠供应链是不够的。

OEM需要在两个方面对此行业进行引导：一是响应世界范围内的环保运动，二是对中国采取更为现实的态度。供应链咨询公司iSuppli的首席执行官DerekLidow认为，“RoHS只是各国政府要求业界为改善人类生存环境做出贡献的一个开始，对抗这些行动的企业必将失败”。Lidow等人还认为，中国已经成为各OEM企业转移生产能力的目的地，尽管有时这样做并没有意义。直到供应商、OEM和分包商达到同一发展阶段之前，全球供应链将继续向复杂化方向发展，而不会简化。

成员激增

短期内，供应链参与者的数量是不可能降低的。与以往相比，各OEM正在将更多的业务外包给众多的参与者来完成。几年以前，几乎没有人听说过原始设计制造商（ODM）这一名词，而现在它们却成为了业界的一股重要力量。

供应商正在寻求管理这种复杂业务的途径。许多企业并没有减少供应链的成员数量，而是将经销商和快运公司作为针对大量元器件采购和加工处理的中央交换平台。

例如仙童半导体公司（Fairchild Semiconductor）每天会在全球运输约4000万个元器件。和其他许多供应商一样，仙童公司需要向位于全世界的多个生产厂址运输最优数量的元器件（基于OEM消耗量估算值）。对此，该公司负责供应链事务的副总裁Robin Goodwin介绍说，“在供应过程中会有更多的节点，而在其中任何一个节 点处，你必须对需求的易变性做好准备”。多数供应商都不具备以低廉成本进行运输的资源，而这一点却是实现准时生产（JIT）的一项要求。因此仙童公司正在增加其经销商的作用（见上图“销量分析”）。Arrow、Avnet和Future等全球经销商在世界各关键区域（美洲、欧洲和东南亚）都拥有百万级容量的仓库。仙童公司先将其产品运至这些仓库，然后再由经销商将这些产品转运至数百家区域性客户。由于货物就被存放在这些战略地点，经销商可以针对当地的需求波动情况做出快速反应。

举例来说，Avnet的一个客户希望该经销商作为其可编程产品的单一供货方。Avnet及其他经销商为那些不直接与Xilinx和Altera等芯片供应商联系的客户提供编程服务。为了成为该客户的一站式编程和采购店，Avnet需要与14家快运公司、11家元器件供应商以及300个可编程设备的代码写入点进行协调。Avnet负责供应链服务的副总裁Greg Frazier介绍说，“我们在美国与客户处于同一时区的地方建立了一个指挥中心，从快运服务商和OEM处获得需求预测信息，并按照仿真检验对其进行比较。我们负责对全世界的存货进行平衡。”Avnet已经建立了若干全球可编程器件中心，全部都比照其仓库进行设计。现场可编程部分尚待编程的器件被存放在最靠近可能有真正客户需求的地方，在此，程序代码被电子化写入，经过编程的器件被运送至工厂。

Avnet每两天会从各快运公司和供应商处收集一次信息，之后进行一次电话会议，讨论需求变化或可能出现的缺货情况。它会将信息集中起来，再将其反馈到客户。据Frazier介绍，“客户将最终根据这些信息做出所有需求变更”。到目前为止，Avnet已经运作此项目两年了，由此“从未导致过生产线停产”。

反过来，快运公司也在实现着同样的职能，它们充当一站式采购店的角色。以前的情况是，快运公司接受某个客户的材料清单（BOM），针对该单个项目采购元器件。每个项目都会产生大量的采购订单：一份给DRAM供应商，一份给电容器供应商，等等。而快运公司所服务的广大客户及多种项目却要频繁地使用同类的元器件。现在快运公司会查看他们所接到的所有BOM，组合每种元器件的需求（例如DRAM），仅生成一份该元器件的购买订单。据Celestica的首席供应链和采购官John Boucher介绍，他们现在就是将许多客户的需求汇集起来形成一个购买节点。他估计Celestica每天要汇总价值约2,000万美元的元器件，这在以前需要由100个公司来处理。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

不过外包采购在带来好处的同时也存在风险。尽管各个快运公司和经销商使元器件物流流水线化了，它们也许会疏远与供应商和OEM的关系。例如，元器件供应商通常会与OEM共享其技术路线图，并让其先行采用最新的产品。然而最近以来，供应商们都是一直在向掌握最大采购量的快运公司提供这些服务。一些行业观察家们认为，OEM厂商可能因此失去过去通过尽早了解供应商“新开发产品”而获得的一切技术优势。Frazier不久前就同这样的一个客户进行过交流，该客户对一切业务都进行外包，让其快运合作伙伴尽其所能完成采购，而他现在却认识到，没有人再给他的公司带来新技术了。因此“必须找到能够将这些合作方重新联系在一起的途径”。

使用技术是一个方面：企业在越来越多地采用元器件跟踪计划，以此在元器件沿供应链移动时保持工作同步。但是在某些情况下，仅仅知道在进行什么是不够的：iSuppli报道称，一些OEM正在将采购工作收归其内部。其他OEM则保持了与关键供应商（即那些为终端产品提供专利或重要技术的供应商）的直接关系，其他业务则交给经销商和快运公司处理。在依靠供应链合作伙伴和掌握自身命运之间，OEM厂商继续在寻求着平衡。

RoHS和官方要求

管理一个供应链已经是够困难的了，而RoHS的出台则意味着许多企业要同时应对这两大挑战。到2006年7月1日之前，含铅的电子产品将不能再在欧盟市场销售。尽管许多国家（如日本和中国）已经或正在考虑出台类似的限制政策，但并非所有的电子业制造商都在进行产品和工艺的无铅化处理。由此，包括IDT和仙童公司在内的许多供应商都在同时生产两种类型的元器件：一种含铅，一种不含铅。仙童公司的Goodwin说：“仍然有客户需要我们的含铅型产品，而且它们还都是大客户。

我们不能轻易舍弃这样的业务，但从生产角度讲，这不是高效率的做法。”

同样，从供应链角度来看，这也不是高效的做法。即使供应商们愿意生产两种类型的同一型号的元器件，许多厂商还是不愿意将更多的新元器件产量分配到无铅设备上。更改元器件编号并完成相关工作是一项耗时而高成本的工作，其中包括发布新的数据清单、通知客户，以及发布其他信息等。所以，许多供应商对于含铅和无铅元器件都使用了同样的元器件编号，只是通过无铅符号或其他标记进行区分。

OEM、快运公司和经销商联合起来订购某些编号的元器件，而一些供应商则对此做出响应。但是这些产品仍然需要分别进行存放和组装，含铅和不含铅的产品是在有很大差别的温度条件下被焊接到印刷电路板上的。

大量购入元器件的经销商、快运公司以及ODM企业，可能需要采用人工检查的方式来测试这些元器件，而不是采用条形码和扫描器。“从ERP角度而言，我们正在为元器件制定内部编号，以便于库存管理”，Sanmina-SCI负责供应链管理的执行副总裁Tom Clawson这样介绍说，“物理控制越来越困难，我们必须将材料在车间地板上分隔开来，因为它们的工艺要求是大不相同的。”

RoHS还要求企业对其产品进行文档记录，以表明其合格。对于供应链中的许多企业而言，这意味着要采集、存储进货信息，并在元器件出厂时进行信息汇总。对于一般的BOM来说， 就需要跟踪数百个元器件的数据。对此，Clawson抱怨说：“我们面临的问题是要能够以电子形式采集、汇总信息，并生成合格证书。为此，我们必须将它们全部从数据库中取出。目前最大的问题是要有适当的软件，但在，此领域只有很少几种产品能做到这一点。”

有些O E M正在与其供应链进行同步转变。据Clawson称，Sanmina-SCI的一些客户就走在了前面，他们已经在开始研制完全无铅的原型产品。但并非所有OEM都准备走向“绿色”，最近由咨询机构Technology Forecasters Inc.（TFI）进行的一项调查就表明，客户与供应商的步调是不一致的。TFI访问的客户中有半数预期由于环保行动会产生过多库存，与此相对的是，元器件供应商中预期出现过量库存的百分比却要低得多。TFI的报告认为，“这可能是业界的一个危险信号，因为鉴于完全符合RoHS的重新设计和投产在时间上的不确定性，元器件供应商们不大可能对元器件库存的需求波动做出准确预测并组织生产。”

库存不平衡可能只是业界忧虑的最简单的方面。TFI、iSuppli及其他咨询机构预计，如果电子行业在环保问题上仍然达不成一致，则此行业可能会遭受全球性的打击。从OEM开始，整个业界都应该接受世界要走向“绿色”的观点。Lidow说：“电子业是世界上最大的产业，因而我们也要对如何应对RoHS的问题进行详细的研究。业内与此潮流对抗的企业最终都将归于失败。我认为除了接受之外别无选择。”

在元器件编号问题上采取行动是第一个步骤。Lidow说：“你是不能让两种不同元器件使用同样的编号的。这方面我们已经尝试过，结果是失败的。”最好的办法就是业界逐步彻底淘汰铅的使用。“让我们接受RoHS，善待生命吧。让我们接受这一趋势，为世界环境做出贡献吧！”Lidow这样呼吁到。

仍然神秘的远东

尽管电子业数十年来都在遵守着国际规则、规范和物流原则，但中国却仍然是一个令人困惑的国家，即使对于经验最丰富的企业也是如此。关于进口、出口和本地业务的法律经常会使位于中国的制造厂难以获得所需要的原材料。以仙童公司为例，它在中国大陆生产元器件，但其执照上只是一家出口商，这意味着该公司不能向其大陆客户运送大陆产的元器件。其结果是，该公司只能将元器件出口到商贸事务独立于中国大陆的香港。仙童公司的客户在香港取得元器件的所有权，然后再将其运回大陆。

这种情况的唯一“作用”，就是增加了全球供应链的复杂性。许多企业已经成功地在中国大陆开展起了业务，但是有些企业在向那里转移制造能力之前确实没有进行必须的预先研究，或者没有对其已有的供应链进行修改和调整。

OEM摆脱单一出口许可证限制的一种方式，是从中国厂商采购元器件。但目前在中国生产的元器件普遍被认为质量较差，或者技术不先进。Jabil Circuit公司在中国有三家生产中心，它现在正在与本地供应商一起解决其中的一些问题。Jabil在其中心里提供场地，并与本地供应商合作，以开发能够使供应链流水线化的产品或工艺。例如其工程师与元器件制造商合作开发了集成三个分离元器件的封装，而不需要对每个元器件都封装一次。Jabil负责全球供应链事务的副总裁Mike Ward介绍说：“我们正在开发新的技术，并向供应商提供技术指导。我们还在开发供应链，而不是从已经建立的供应链进行采购”。

Elcoteq和Sanmina-SCI等公司正在利用其在中国及其他低成本国家的业务力量跟踪本地供应商的动向，目标是能够与OEM进行合作。“我们可以向客户提供大得多的价值，因为由我们把它介绍给新供应商可以为其节省40%的成本”，Elcoteq的供应链采购和IT部门负责人Mike Hegedus这样介绍说。不过他也承认，这要非常谨慎：Elcoteq必须对元器件性能进行测试。

从远东为美国的生产厂家采购原材料也会有问题。最大的成本优势来自于对金属材料的采购（例如钢材和铝材）。但这也会将时间和其他变量引入生产过程中。Hegedus说：“我们曾经对所有货物都采取空运，但那样太昂贵了。所以现在我们的供应链需要5 周， 而不是5 天时间。”他还说会将这些额外的时间因素计入到对O E M 客户报价的

交货日期中。

供应链将继续对这些变量进行补偿，毕竟这是设计它的目的所在。但一些分析家认为，如果能先自问一下为什么首选到海外发展，OEM可能会得到更好的服务。

TFI 的分析师 Eric Miscoll 对远期原材料成本进行了较好的预测。他说：“中国是解决很多问题的出路，但它并不像很多人认为的那样是一剂万能药。在制造业中，中国最具成本优势的直接劳动力成本只是构成总成本的一个很小的组成部分。你还必须关注原材料的成本”。

下一步会怎样？

全球供应链一点儿也不会简化。可以理解，快运公司和经销商等供应链合作伙伴不会直截了当地指导他的客户（即OEM）如何开展业务。在某些情况下，供应商、OEM和分包商可以合力促进供应链复杂度的降低；例如，供应商正在与快运公司开展比以往更为密切的合作。

但是在其他领域，OEM与其合作伙伴之间仍然有分歧：几乎没有企业认为同时管理含铅和无铅元器件是一个好的办法。专家认为OEM将在环保及其他全球性问题方面居于领导地位。这可能需要经过痛苦的重新调整过程，iSuppli公司的Lidow说，“一些公司正在竭尽全力为未来而努力。”但历史已经证明，OEM引向哪里，供应链就会跟随到哪里。“这些并不是以欧洲或中国为中心的问题，而是全球性的问题。我们应该一起应对，继续前进。”

Barbara Jorgensen是ELECTRONIC BUSINESS《电子商务》的高级编辑，负责该杂志的“商业趋势和供应链”专栏。

 

 

 

 

 

 

 

 

实现选择性焊接（以下简称选择焊），尽管设备受到更多的关注，但工艺远比设备重要。选择焊使大多数异型和最难焊组件的焊接成为可能。所有选择焊工艺都是独特的，并且要使用特定的处理和焊接工具。为了满足这些要求，需要的不仅仅是设备，用户还要对工艺有全面深入的理解，建立一个方便与供应商进行联系的快捷的通讯系统，以及一个能够对需求和问题快速响应的、覆盖全球的供应链系统。

第二个误解是选择焊仅仅是采用了一些炉温曲线稍有差异的波峰焊。两者最显著的差别是：在波峰焊过程中，PCB下面的每个元器件和零件都能接触到熔融流动状态的焊料（除非用托盘进行隔离）；而在选择焊中，只有特定的区域才会接触到焊料。PCB板材本身并不是最有 效的热传导介质，这对不希望被加热的临近组件和区域有好处。

电子产品和无铅化的趋势，要求有替代技术来进行通孔元器件的组装，这些技术应当具备可选择性、可靠性高、自动化和速度快的特点。

如今，电子元器件的互连密度和功能，都随着表面贴装和通孔元器件的融合而增加；与此同时，元件尺寸和重量却在不断地减小。因为表面贴装和通孔元器件的融合越来越多，相应地会有些元件要求采用选择焊而不是回流焊工艺。虽然通孔回流焊工艺也可以用于这个目的，但是这项技术必须建立在合理的设计基础上，而且全部元器件和材料都要满足回流曲线的要求。

多数SMT 元器件可以使用诸如回流焊或者波峰焊等传统方法来焊接。通孔元器件，例如连接器、电解电容、显示器件，及某些特殊的径向元件需要单独的焊接操作。这些元件大多对高温敏感，特别是暴露在无铅波峰焊和/或回流焊工艺的高温环境中的时候。

选择焊使这些元件可以单独或混合焊接在线路板上，而不必使通孔元器件本体暴露于可能超出元器件最高设计上限的焊接温度中。它通过对线路板选定温度和/或区域进行限热来做到这一点。也可以考虑淘汰点胶、托盘、手工焊接等工序，并使最终产品质量达到最优。

选择焊用到了波峰焊的许多概念。不过，选择焊对其加以变化，并使其成为自身独有的技术。因为这些差别，有必要讨论用什么来满足无铅选择焊工艺的要求。

本文的目的是确定包括助焊剂喷涂、预热，以及焊接等选择焊的所有方法对不同工艺环节的影响。这项研究的对象是SnPb合金焊接，但结论也适用于无铅。本文的第二个目的是把选择焊工艺同波峰焊工艺进行比较，使读者了解其异同。

不同的焊接技术

选择焊是从PCB的下方，对特殊的通孔元器件“有选择地”喷涂助焊剂并焊接的工艺。

不同于波峰焊工艺中，PCB被轨道直线传送并通过稳定的焊料波峰进行焊接；选择焊是应用机器人技术，分别在固定的焊料喷嘴上移动每块板[焊料“喷泉”被称为选择波（SelectWave），混合“喷泉”称为组合波（MultiWave）]，并且使用两种不同的技术——拖焊或者浸焊（取决于工艺的选择）——来焊接单独的点或元件。

助焊剂喷涂

对助焊剂的要求

助焊剂喷涂工艺对选择焊提出了特殊的新挑战。选择焊所用的理想助焊剂与波峰焊用的助焊剂有显著的不同。不过，两者有个共同点，就是助焊剂的作用相同——清洁和润湿待焊表面，并通过焊接形成机械和电气连接良好的焊点。两种工艺中，助焊剂配方选择的目的，都是使残留减到最小并且使可焊性达到最大化。在生产的过程中，助焊剂的喷涂是一项基本工艺，一定要均匀和足量。波峰焊时，要求助焊剂被喷涂并流入过孔；而在选择焊过程中，助焊剂不允许被喷进而只能直接渗入过孔。助焊剂最好选择低沸点的溶剂，以使其在预热时能够很快地挥发，这样就缩短了焊接周期。在焊接期间，助焊剂挥发和/或被焊料取代，但是助焊剂在焊接区域以外的分布必须被减到最小。

助焊剂的低挥发要求，排除了使用像发泡型助焊剂那样的开环控制式助焊剂系统。选择焊需要一个闭环控制式的应用系统，以控制助焊剂的量，并施加于线路板上的指定位置。一个点喷式助焊剂系统很适合这些要求。

由于选择焊必须控制助焊剂的量，因此，我们需要从助焊剂供应商那里得到测量助焊剂的最小和最大量的报告。大多数规格表上都没有这些数据，但是对于一个可控制的选择焊过程来说，这一点绝对至关重要。助焊剂的最小量取决于点喷系统的设定，以使焊接区域获得可接受的助焊剂量。最大量也很重要，因为太多助焊剂残留会引起电迁移。助焊剂活性越高，留下的腐蚀性残留的可能性越大，引起潜在可靠性问题的机率也越大。受环境状况（例如电压，温湿度）的影响，PCB上的助焊剂残留能引起电迁移，并最终导致短路。

每种助焊剂的配方，是由助焊剂的物理特性——为特定的用途而设计——所决定的。与波峰焊所使用的助焊剂的量相比，选择焊的用量是极少的。因此，助焊剂的化学特性在喷涂工艺中保持稳定是非常重要的。任何与原配方的偏差，将使助焊剂的浓度发生变化，间接地导致不良焊接或者助焊剂残留过多。

正常情况下，通过分析焊点就能了解波峰焊中助焊剂的正确用量。如果所有的焊点焊情况良好，也许可以降低助焊剂的用量，但这要取决于残留的情况。有几项试验可以用来检查残留是否是可接受的。在选择焊中，必须计算元器件和零件接触焊料所需的助焊剂量。重要的是，不仅连接器，整个区域包括引脚和过孔表面都必须有适量的助焊剂，否则在高操作温度下，那些有铅或无铅合金焊料将会烧坏线路板表面。

为这个目的发展了一种点喷技术，它比波峰焊中的平行技术更为灵活。在波峰焊工艺中，要求持续均匀地在整块板上喷涂一定量的助焊剂；而点喷技术使得喷涂到同一组件中不同元器件之间的助焊剂量有所不同。

点喷系统在安装方面也很灵活，它可以被装在机器中的固定位置，或安装在x-y平台上。 前者，为了使元件移动减到最小，待焊线路板以相对低速移动到系统上方。后者，点喷系统安装在轨道区域，当线路板经过时，点喷系统喷出助焊剂。这样不影响选择焊的工艺周期。

从实用的观点来看，选择焊和波峰焊这两种焊接技术，使用户能够完成特殊作业。两种焊接的概念之间存在相同点，但在设备和工艺方面，每种技术各有其独到之处。

助焊剂量的计算

电子组装环境的变化促使人们持续努力在生产的各个层面上减小污染，其中就包括VOC型助焊剂。基于酒精的助焊剂由于具有极好的润湿性和低沸点，是制造环境中进行焊接的理想选择。无VOC基于水的助焊剂技术是对基于酒精的助焊剂的替代品。表１列出了水和几种通常使用的酒精的特性。水和酒精之间的主要区别为：沸点、表面张力和比热。这三种物理性能导致基于酒精和水的助焊剂的不同特性。综上所述，基于酒精的助焊剂是一个比较好的选择。在选择焊工艺中使用的助焊剂的量相对于普通波峰焊非常小。为了量化两种助焊剂的消耗量，提供如下方法和实例。给定一个典型的50个引脚的连接器，使用典型的基于酒精的助焊剂，定义为1.25 – 2 mg/cm2。

计算一个插入金属化过孔元器件引脚在形成特定焊点时所需的助焊剂量，与焊点相关的尺寸见表2。

需要被助焊剂所覆盖的线路板上区域包括和焊料和被焊接焊点接触的部分。对这块板来说，方程式１和１b确定此区域。

总面积 = 所占板面积 + 50个引脚所占面积 方程1

总面积 = (长×宽) + { 焊环面积 + 孔壁面积 + 引脚表面积}

方程1b

此例中，计算的区域为：

总面积 = (64 × 5.5) + {(π/4 ×(1.82 – 1.22)) + (π ×1.2

×1.6) +(π ×0.8×(2 + 1.6))} = 352 + (1.41 + 6.03 + 9.05)

= 368.5 mm2 = 3.7 cm2

此连接器所需助焊剂的量用方程２来计算。

助焊剂量 = (每单位面积的助焊剂量 (mg/cm2)) × (需喷涂助焊剂的面积) 方程 2

施加到元器件上助焊剂，其流量是一个临界量。在选择焊工艺中，需要利用点喷喷嘴。 施加的助焊剂量和助焊剂滴的大小之间的关系用方程3和4表示。

喷嘴开启时间 ∝每滴助焊剂的体积 方程 3

喷嘴开启时间 ∝每滴助焊剂的量 方程 4

点喷喷嘴把微量的助焊剂按照程序的设定，瞄准并喷射

到线路板上的特定位置。通过控制喷嘴打开的时间，助焊剂被定量准确地喷出；这使元器件能够得到适量的助焊剂；详见下面的案例研究。这在此后的试验中也得到了进一步证实。

此前，按照某家制造商的建议，精确覆盖整个区域需要7.38mg助焊剂。利用点喷喷嘴，程序设定助焊剂喷射速度为0.08mg/ ms , 即可得到适量的基于酒精的助焊剂。助焊剂小

滴直径由方程５确定。

topen ≌ (d2 – 6) / 4 (ms) 3 ≤ d≤ 7 mm 方程 5

其中：topen = 点喷喷嘴开启的时间d =助焊剂小滴的直径，以mm为单位

条件：助焊剂与喷嘴的距离为60mm，对基于酒精的助焊剂如果给小滴直径为3mm，则topen ≌ (32 – 6) / 4 = 1 ms

为了在这个连接器的焊接中用3 m m 直径小滴喷涂7.38mg基于酒精的助焊剂，要有1 ms的打开时间。这3mm直径小滴的相应量由方程６确定。

重量 = 特定点喷速度(mg/ms)×点喷嘴开启时间 方程6

重量 = (0.08 mg/ms) × (1 ms) = 0.08 mg

由小滴的量（由助焊剂的规格确定）和需要喷涂助焊剂的区域可计算总的周期时间。此例中，使用的助焊剂为0.08mg／滴。为了覆盖待焊区域，要有喷涂7.38mg助焊剂。

方程７计算所需要的小滴的数量。

滴数 = 所需助焊剂总量 / 每滴助焊剂的重量 方程 7此例中，7.38(mg)/ 0.08(mg/小滴)= 93 小滴。

助焊剂喷涂工艺时间由方程8确定。

助焊剂喷涂工艺时间 = 总滴数×topen×tcycle 方程 8

其中：topen = 喷涂每滴助焊剂所用时间

tcycle = 喷涂每滴之间的间隔条件：tcycle ≥1.5× topen

此例中喷涂助焊剂工艺最短时间为：(93滴)×(1ms)×1.5 ≥ 139.5 ms

波峰焊和选择焊之间助焊剂区别极为明显。

案例研究：

250×180mm尺寸的线路板，包含2个连接器，各有50个引脚。

在波峰焊中，焊接面积= 250×180 = 450cm2。在这个工艺中，450 cm2×2.2mg/cm2 =990mg，这是按照某家制造商的建议所需的助焊剂量。另外一个需要考虑的因素是助焊剂的过量喷涂和飞溅损失。在这种情况下，系数为1.66；因此消耗助焊剂的总量是1.66 ×990 mg= 1643mg。对选择焊工艺，需要的助焊剂是2×7.38mg= 14.6mg，相当于波峰焊的0.9 %。点喷口喷出这些助焊剂用于50个焊点所需的时间为2×139.5 = 279 ms。

小结

波峰焊加工10,000块线路板，要消耗20公升助焊剂，而对于选择焊，相同材料只要0.18公升助焊剂。从波峰焊转为选择焊，消耗助焊剂量减少99.1%。这个结果给最终用户提供了在选择助焊剂方面的灵活性。不必考虑VOC助焊剂。点喷助焊剂系统使助焊剂喷涂工艺时间和消耗量减到最短。因为选择焊技术发展的结果，基于酒精的助焊剂由于特有的物理性能而非常适用。

焊接

选择波:

单个的选择波可以用于拖焊和浸焊。对稳定的工艺过程来说，如果喷嘴材料为不锈钢，则最好有至少6mm的内径。

焊料的流向确定，但是可用于不同方向的组装，并且可以对各种应用进行优化。机械手也能使线路板从不同的方向和不同的角度(在0，7或者10 度之间)下接近锡波，为用户提供焊接同一个组件上不同种类元器件的能力。对大多数元器件来说，推荐使用10 度的焊接角度。

选择波焊接的好处是它适合于多种应用，同时保持最小尺寸(850× 200 × 200mm)，以及仅仅消耗有限的能源和材料。这种6 dm³直径锡埚的典型运行条件是3.6kW的功率和20L/hr的氮气消耗量，最高焊接温度达 400℃。

选择波拖焊:

在拖焊中，机器人把线路板移动到喷嘴上方，让需要焊接的引脚和焊料接触，这与波峰焊一样。与浸焊相比，由于焊料波和板的运动，拖焊的热传递要好得多。然而，形成焊点所要求的能量必须由焊料波传递，并且由于焊料波的焊料量少，为了使拖焊取得可接受的工艺速度设定，波的温度必须很高。图2描述了焊料波温度变化，与焊料波高度以及线路板厚度之间的函数关系。

假设温度设定为275~300℃，拖速一般可达到10~25mm/s(类似于波峰焊)。焊接区域供应氮气，以防止焊料波氧化物的增加。

拖焊也可消除PCB上的桥接，因为氧化物被焊料波冲掉了。这个优势，加上前面提到过的特点，增加了选择波拖焊的稳定性和可靠性。

SelectWave的选择波浸焊:

浸焊可以在特定焊接角(7或者10 度)或水平状态下在选择波喷嘴上进行。浸焊工艺还有其他可变参数。浸入速度，驻留时间和脱离速度都要可控，而且这些参数将决定焊点的质量。 选择波能到达高密度元件区域，独立的点或者引脚。线路板不仅能在不同的焊接角下加工，　也能被旋转以实现喷嘴移动的最优化路径，并且使待焊引脚和其他元器件之间的距离达到最短。

组合波:

采用组合

波喷嘴的焊接技术即是浸焊。虽然过程看起来是简单的，即把线路板浸入焊料中然后移开，但其自身的各种特性使其有着不同的应用。助焊剂喷涂和预热期间，喷嘴被一个玻璃盘所遮挡，其下面维持着惰性气氛。焊料波冲洗掉全部氧化物，并且一直在喷嘴处保持着正确的焊接温度。

每种需要焊接的组件都有它特定的装有喷嘴的托盘。喷嘴根据线路板的自由区域可能有不同的形状。因为全部异型元器件都需要焊接，所以应用工程师将设计各种独特的喷嘴。 喷嘴被螺栓（暂时）固定在托盘上，当线路板设计有变动时，喷嘴位置可在托盘上很容易地进行位置调整。

工艺中， 锡波高度和焊接温度的设定非常重要。Vitronics Soltec焊接设备装的喷嘴，有取得专利权的焊料释放孔稳定器，可保持全部喷嘴在相同的温度和锡波高度。装有带底座的支撑销以防止板的翘曲。

浸焊的最简单的做法是把组件浸入焊料中。焊料不应在焊接期间溢出喷嘴边沿；否则周围的元器件会沾到焊料。第二种方法，是当线路板下移直至接触到喷嘴边沿时，保持焊料波高度恰好低于喷嘴的边沿。然后，焊泵以一定的速度将焊料波升高并与板接触。焊接后，首先泵速降低，然后线路板从焊料波上移出。在这过程中，重要的是泵速在驻留期间不可以太高，以防止金属氧化物粘到线路板上。同样重要的是，要确保适当的脱离速度以防止发生桥连。

这个应用的好处是它适用于大批量生产的任何特殊的要求。通过利用一个700 × 600× 150mm大小的锡埚达到高产量是可能的。焊料的体积为31dm3。因为组合波需要两个泵，所以能源消耗是6.8kW，氮气消耗为6~7m3/h。因为在结构上使用的材料与选择波相同，因此最高温度可达400℃。

设计规范

选择焊的设计规范

拖焊中，引脚长度由于选择波的高度而受到限制。通常，引脚长度最好小于２mm，但也可长至4mm。最短引脚长度取决于PCB；例如，对于单面板来说，引脚长度至少1mm。其他PCB，为了焊点识别的需要，建议长度至少0.7mm。

超过１mm长度的直的引脚突出部分，并不会在形成焊点时堆积更多的焊料，也不会为焊点增加多少强度。通常，对于一个稳定的工艺来说，被焊焊盘边缘同周围不应焊接的元器件或焊点的距离必须≥3mm。在选择波的下一个焊接点的方向上，距离应大于4mm。

组合波焊接的设计规范:

喷嘴尺寸应该尽可能大，以保证工艺的稳定，当然这要在不影响其他(临近)元器件的情况下。这对设计工程师来说是一个重要而且有时很困难的任务，因为它决定工艺的稳定性。 喷嘴托盘应具备高精度，误差范围要小于0.1mm。用算法来补偿温度带来的影响。应用这个工艺，可加工从0.7-10mm的焊点。更短的引脚和更小的焊盘尺寸使工艺更稳定，并且不易产生桥连。焊点边沿、相邻元器件，和及组合波喷嘴之间的距离均应>0.5mm。

不同的工艺规范

正像在选择焊过程中获得的工艺结果不同于波峰焊一样，由于所用的焊接方式（拖焊和浸焊）的热分布特性，和不同种类线路板的不同的热传导特性，选择波和组合波之间的焊接结果也不同。

像波峰焊一样，预热用来准备焊接PCB；在选择焊工艺中，用来使